ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный

технический университет»

К.А. Разинкин

ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ НЕПРЕРЫВНЫХ ПРОЦЕССОВ

И СИСТЕМ НА ФУНКЦИОНАЛЬНО-ЛОГИЧЕСКОМ УРОВНЕ

Утверждено Редакционно-издательским советом

университета в качестве учебного пособия

Воронеж 2012

УДК 681.3

Разинкин К.А. Программные средства автоматизации проектирования непрерывных процессов и систем на функционально-логическом уровне: учеб. пособие / К.А. Разинкин. Воронеж: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2011. 173 с.

Рассматриваются особенности формирования математического обеспечения САПР для анализа проектных решений на функционально-логическом уровне применительно к непрерывным процессам и системам, где в качестве моделей применяется математический аппарат передаточных функций.

В качестве инструментальной среды рассмотрен пакет Matlab, а также средство его расширения Control System Toolbox, позволяющий осуществлять анализ и синтез систем управления. Коротко изложены основные теоретические сведения по автоматизации проектирования с учетом блочно-иерархического подхода и основных понятий системотехники и приведены примеры решения задач проектирования и управления, характерных для функционально-логического уровня с подробным пояснением выполняемых операций.

Издание соответствует требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по специальности 210107 «Электронное машиностроение», дисциплине «Системы автоматизированного проектирования», а также Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлениям 230100.62 «Информатика и вычислительная техника» (профиль «Системы автоматизированного проектирования»), 210100.62 «Электроника и наноэлектроника» (профиль «Электронное машиностроение») и 152200.62 «Наноинженерия» (профиль «Инженерные технологии в приборостроении»), дисциплинам «Информационные технологии» и «Системы автоматизированного проектирования». Может быть полезно для студентов и аспирантов, изучающих данное направление.

Учебное пособие подготовлено в электронном виде в текстовом редакторе MS Word 3.0 и содержится в файле «ФЛ_уровень.doc».

Табл. 7. Ил. 138. Библиогр.: 38 назв.

Научный редактор д-р техн. наук, проф.И.Я. Львович

Рецензенты: кафедра автоматизированных информационных систем органов внутренних дел ФГКОУ ВПО «Воронежский институт МВД РФ» (начальник кафедры д.ф.-м.н., профессор И.В. Атласов)

д-р техн. наук, проф. О.Ю. Макаров

Ó Разинкин К.А., 2012

Ó Оформление. ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2012

Введение

Системы автоматизированного проектирования и управления относятся к числу наиболее сложных современных искусственных систем. Их проектирование и сопровождение невозможны без системного подхода. Поэтому идеи и положения системотехники входят составной частью в дисциплины, посвященные изучению современных автоматизированных систем и технологий их применения.

Интерпретация и конкретизация системного подхода имеют место в ряде известных подходов с другими названиями, которые также можно рассматривать как компоненты системотехники. Таковы структурный, блочно-иерархический, объектно-ориентированный подходы.

При структурном подходе, как разновидности системного, требуется синтезировать варианты системы из компонентов (блоков) и оценивать варианты при их частичном переборе с предварительным прогнозированием характеристик компонентов.

Блочно-иерархический подход к проектированию использует идеи декомпозиции сложных описаний объектов и соответственно средств их создания на иерархические уровни и аспекты, вводит понятие стиля проектирования (восходящее и нисходящее), устанавливает связь между параметрами соседних иерархических уровней.

Список иерархических уровней в каждом приложении может быть специфичным, но для большинства приложений характерно следующее наиболее крупное выделение уровней: системный уровень, на котором решают наиболее общие задачи проектирования систем, машин и процессов; результаты проектирования представляют в виде структурных схем, генеральных планов, схем размещения оборудования, диаграмм потоков данных и т.п.; макроуровень, на котором проектируют отдельные устройства, узлы машин и приборов; результаты представляют в виде функциональных, принципиальных и кинематических схем, сборочных чертежей и т.п.; микроуровень, на котором проектируют отдельные детали и элементы машин и приборов.

В каждом приложении число выделяемых уровней и их наименования могут быть различными. Так, в радиоэлектронике микроуровень часто называют компонентным, макроуровень — схемотехническим. Между схемотехническим и системным уровнями вводят уровень, называемый функционально-логическим.

Каждому из перечисленных уровней характерен свой математический аппарат, так, например, на функционально-логическом уровне, который стал объектом рассмотрения, применяется математический аппарат передаточных функций, когда речь идет о непрерывных системах и аппарат математической логики и конечных автоматов, когда речь о дискретных объектах.

Для реализации подходов к моделированию с целью повышения эффективности автоматизированного проектирования и управления объектами на функционально-логическом уровне в данном учебном пособии рассматривались пакет Matlab, а также средство его расширения Control System Toolbox, позволяющий осуществлять анализ и синтез систем управления. Коротко изложены основные теоретические сведения как автоматизации проектирования с учетом блочно-иерхического подхода и основных понятий системотехники, так и приведены примеры решения задач проектирования и управления, характерных для функционально-логического уровня с подробным пояснением выполняемых операций.

Учебное пособие преимущественно адресовано студентам и бакалаврам изучающих дисциплину «Системы автоматизированного проектирования», а также может быть полезным для аспирантов, использующих современные инструментальные средства реализации математического аппарата численных расчетов в научной деятельности.