Конечные автоматы систем управления

Автомат для управления операционным устройством (простейший пример управления регистром сдвига приведен в гл. 1) может быть спроектирован лишь при наличии алгоритма управления этим ОУ, заданного в виде любой из форм ОСА. Далее преимущественно будем пользоваться записью алгоритмов управле­ния в форме ГСА.

Рассмотрим схему некоторого перенастраиваемого элемента (рис. 53), который в зависимости от значений переменных X₁, X₂ в соответствии с таблицей 23 формирует значение y.

Рис. 53

Таблица 23       Код Выход Состояние Z2Z1 y а i                 X1X2 +

Состоянию а(0) соответствует код а(1) – … а(3) – Z₁Z₂ (табл. 23).

Пусть значения Z₁ и Z₂ меняются в соответствии с рис. 54, где вершины графа с символами а(0), а(1), а(2) и а(3) обозначают последовательность смены состояний а(t)→а(t + 1), зависящей также от значений третьей переменной X₃. Переменная X₃ так же, как и X₁, X₂, является внешней переменной. Значение { x } задается от некоторого операционного устройства ОУ – рис. 56.

Рис. 54

Рис. 55

На рис. 54 вершины графа с номерами 0, 1, 2, 3 обозначают состояния а(0), а(1), а(2) и а(3), а стрелки – переходы по сигналам τ без условий (например, 0→1, 2→3, 3→0) и с проверкой условия x ₃ (1→2) или (1→3). Смена состояний происходит под действием тактовых импульсов τ. Иногда говорят об автоматном времени t = 0, 1, 2, …, t, t + 1…, где 1, 2, … t – последовательность импульсов τ от пуска (момент 0) до настоящего времени t.

Тогда очевидно, что действие этого устройства будет осуществляться в соответствии с алгоритмом рис. 55 и табл. 23.

Итак, устройство, зависящее от трех переменных X₁, X₂ и X₃, нельзя назвать комбинационной схемой при условии смены состояний по графу рис. 54 в соответствии с ГСА рис. 55. Это автомат с несколькими состояниями, т.к. выходная функция y (табл. 23) зависит не только от значений переменных X₁­–X₃, но и от внутренних переменных Z₁Z₂. Этот простой пример позволил нам провести анализ поведения несложного автомата и убедиться в его относительно непростом законе функционирования.

На практике обычно задача ставится наоборот, т.е. по заданной реальной функции автоматизации какого-либо процесса необходимо определить операционное устройство, алгоритм управления им и создать автомат управления. При этом используется модель Ю.Ф. Мухопада, определяются все подсистемы (функциональная, логическая, информационная и адресная), решаются вопросы их допустимой совместимости, выбираются типы связей (количество шин передачи информации) и для получившейся структуры (обобщенное операционное устройство или раздельная реализация Ф, И, Л, А, У) составляется ГСА для управления ОУ. Тогда ставится задача по заданной ГСА синтезировать схему УА.

Рис. 56

Заметим, однако, что в этом примере для того, чтобы осуществить функционирование схемы рис. 53 в соответствии с графом переходов из состояния а _i в состояние а _j (рис. 54), потребуется дополнить устройство схемой синхронизации (СС) и блоком памяти автомата ПА с обратной связью (рис. 56). Если изначально в момент t автомат находится в состоянии а(t) (в данном случае а(0), определяемое кодом ), то после сигнала синхронизации τ автомат согласно рис. 56 должен перейти в новое состояние а(t + 1), т.е. в состояние а(1)с кодом . Оба кода а(t) и а(t + 1) нужно запоминать, т.к. согласно рис. 56 из состояния а(1) возможен переход как в состояние а(2), так и в состояние а(3) в зависимости от значения переменной X₃. На блок-схеме рис. 56 это отражено тем, что к комбинационной схеме F (рис. 56) прибавлена некая схема формирования Z₁Z₂ и память автомата (ПА) с обратной связью. На блоке F условно эта часть обозначена самими переменными Z₁Z₂.

Эти переменные Z₁Z₂ действительно внутренние, т.к. они формируются во «внутренних» блоках автомата в отличие от (X₁, X₂, X₃) для обеспечения правильности формирования выходного сигнала y (табл. 23) в соответствии с переходами из одного состояния а(t) к другому а(t + 1) по сигналу синхронизации τ.

Как реализовать схему формирования переходов а(t)→а(t + 1) и как определить схему памяти автомата, покажем далее. Если рассмотреть соответствие схемы рис. 56 модели систем управления, то она, очевидно, относится к типу моделей рис. 32 в.