大型復(fù)雜遙控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

林 楠

長白山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林白山 134300

遙控系統(tǒng)的主要作用是在特定的地點(diǎn)設(shè)置固定的控制與監(jiān)測設(shè)備，借助這種設(shè)備可以人工地或自動地對遠(yuǎn)距離處多個(gè)地點(diǎn)固定設(shè)備的工作進(jìn)行指揮與控制。遙控系統(tǒng)實(shí)際隱含了遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程監(jiān)視甚至于遠(yuǎn)程測量的內(nèi)容。大型復(fù)雜遙控系統(tǒng)的主要標(biāo)志，是其遙控系統(tǒng)中的主要元件為集成電路元件和微處理器以及微機(jī)或計(jì)算機(jī)，其信息的傳輸是以二進(jìn)制數(shù)據(jù)碼元作為信息進(jìn)行遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸。

1 遙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的剖析

剖析法就是對系統(tǒng)所要求的功能進(jìn)行較細(xì)的劃分，把若干子功能看作是組成系統(tǒng)的單元，分別對各個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行研究，最后根據(jù)系統(tǒng)的要求按照一定的方式與流程互連，以完成全系統(tǒng)要求的功能。采用剖析法進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，很顯然會使得對復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路更為清晰，也更適合于模塊化設(shè)計(jì)。剖析法設(shè)計(jì)可按兩個(gè)步驟進(jìn)行。

1.1 系統(tǒng)分析

系統(tǒng)分析可提供一整套的對策和技術(shù)，以便對復(fù)雜問題進(jìn)行描述。首先采取“自頂向下”的分解方法，由粗到細(xì)把一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)逐級地分解為盡可能獨(dú)立的子系統(tǒng)、模塊、子模塊，或者采用所謂暗盒模塊的分解方法。其次，要強(qiáng)調(diào)按系統(tǒng)的邏輯功能進(jìn)行分解，而不著重于物理實(shí)現(xiàn)方法，如采用什么樣的微型機(jī)(或計(jì)算機(jī))及采用什么技術(shù)實(shí)現(xiàn)。通.過系統(tǒng)分析，可使系統(tǒng)的應(yīng)用者對整個(gè)系統(tǒng)有一個(gè)總的概念性印象，而且隨著逐級向下擴(kuò)展，對系統(tǒng)局部的組成部分可加深理解，這也向系統(tǒng)設(shè)計(jì)者提供了拓自頂向下'的設(shè)計(jì)思路。

進(jìn)行系統(tǒng)分析應(yīng)當(dāng)以了解如下幾個(gè)內(nèi)容作為基礎(chǔ)：1）需要把問題提出的背景和要解決什么樣的技術(shù)問題聯(lián)系起來。例如遙控系統(tǒng)是要對遠(yuǎn)端分散對象進(jìn)行控制與監(jiān)督。也就是要求控制者的意圖能夠在一個(gè)控制中心通過固定的邏輯檢查后，以一定的信息格式送往遠(yuǎn)端被控對象，并將遠(yuǎn)端被控對象的狀態(tài)以固定的格式信息返回到中心控制機(jī)，使其給出指定形式的顯示；2）要了解系統(tǒng)工作和要完成的功能需要符合哪些技術(shù)規(guī)則；3）要了解古老的現(xiàn)存系統(tǒng)或類似系統(tǒng)解決問題的方法，因此可以進(jìn)一步分析哪些設(shè)備可以由計(jì)算機(jī)(或微型租)取代或更新；4）運(yùn)用計(jì)算機(jī)的基本知識，分析用計(jì)算機(jī)(或微型機(jī))解決問題的主要思路及所需準(zhǔn)備的技術(shù)與數(shù)據(jù)。

1.2 系統(tǒng)綜合

系統(tǒng)綜合方法就是提供一種結(jié)構(gòu)，以便將各個(gè)子系統(tǒng)和模塊組合起來形成一個(gè)功能相關(guān)的總體。特別值得強(qiáng)調(diào)的是子系統(tǒng)和模塊之間需要傳送什么數(shù)據(jù)，模塊問的調(diào)用關(guān)系是什么?如何實(shí)現(xiàn)其數(shù)據(jù)通訊?？傊?，對于一個(gè)系統(tǒng)可以看作是一套互相關(guān)聯(lián)、互相影響的作用在一起的組件，最后以一個(gè)整體來形成可預(yù)計(jì)的結(jié)果。如果一個(gè)企業(yè)是由人、沒備、器件與材料和工作方法作用在一起來提供貨物或服務(wù)的，我們可以把系統(tǒng)的組件看作子系統(tǒng)，子系統(tǒng)也可以由較小的組件和元件組成。根據(jù)這種推理，任何一個(gè)系統(tǒng)都可能是比它更大的系統(tǒng)中的子系統(tǒng)。這樣當(dāng)我們要針對某個(gè)具體的企業(yè)或業(yè)務(wù)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，均可以由若干個(gè)一定格式的子系統(tǒng)所形成的組織結(jié)構(gòu)來著手設(shè)計(jì)。

2 遙控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

遙控系統(tǒng)可以被認(rèn)為是控制系統(tǒng)的一個(gè)特例，在闡述到系統(tǒng)的共性問題時(shí)，則統(tǒng)稱控制系統(tǒng)。許多工程科學(xué)中，設(shè)計(jì)是以許多數(shù)學(xué)的公式作為基礎(chǔ)的，但是在控制系統(tǒng)中有許多難以預(yù)計(jì)的因素，例如人的因素，這樣就使得設(shè)計(jì)的思路更加復(fù)雜。所以，設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)由定義系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流開始，進(jìn)一步把這些因素歸為一系列的條件來考慮。設(shè)計(jì)的第一步是最重要的，首先要定義對系統(tǒng)的要求，即指出系統(tǒng)的作用和作用的目的。前已述及，控制系統(tǒng)是個(gè)閉環(huán)結(jié)構(gòu)，在高一級和低一級的控制部分中有前饋和反饋兩個(gè)方面。對于系統(tǒng)本身，我們可以看作一個(gè)黑匣子。因此設(shè)計(jì)的初始階段應(yīng)當(dāng)首先考慮對黑匣子的輸入與輸出要求。讓我們由黑匣子的輸出開始考慮。設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)首先根據(jù)系統(tǒng)要求，分析必須傳遞什么樣的信息，所以黑匣子的輸出設(shè)計(jì)中，當(dāng)確定了“黑匣子”的輸出之后，就需要考慮輸入端需要處理的數(shù)據(jù)(可稱為原數(shù)據(jù))是什么。當(dāng)確定了“黑匣子”的輸入與輸出之后，設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)保證所有在給定時(shí)間內(nèi)搜集的數(shù)據(jù)以適當(dāng)可行的速度予以發(fā)送。很重要的一點(diǎn)是要做到輸入要與輸出的要求相適應(yīng)，否則就需重新設(shè)計(jì)輸入數(shù)據(jù)的采集系統(tǒng)。設(shè)計(jì)的第二步，即根據(jù)功能要求來設(shè)計(jì)系統(tǒng)，一般的系統(tǒng)當(dāng)只包括硬件時(shí)，則首先要對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇，確定元件類型與數(shù)值，確定如何完成各部分之間的聯(lián)系。硬件的組裝及試驗(yàn)均應(yīng)在技術(shù)要求所提出的環(huán)境條件下進(jìn)行。而且需要指出的是，任何系統(tǒng)設(shè)計(jì)都要根據(jù)功能要求進(jìn)行反復(fù)地設(shè)計(jì)、修改，以使其更為完滿，同時(shí)也要考慮到節(jié)省投資。

對于一個(gè)包括有微機(jī)或計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)，則要求對硬件與軟件兩個(gè)大部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先，需要對硬件與軟件提出技術(shù)說明與要求，確定所需要的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，功能流程，需要說明各部分之間的相互關(guān)系與聯(lián)系。對于硬件可以采用標(biāo)準(zhǔn)的硬件設(shè)計(jì)方法。對于軟件設(shè)計(jì)最好采用一種類似于日常語言的設(shè)計(jì)語言。軟件的構(gòu)成是根據(jù)功能流程變?yōu)槌绦蛘Z言入手設(shè)計(jì)的，并且利用硬件對其進(jìn)行試驗(yàn)與集中，最后以對系統(tǒng)的要求予以評價(jià)。

3 遙控系統(tǒng)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

要評價(jià)一個(gè)控制系統(tǒng)的優(yōu)劣，也像評價(jià)許多成品一樣，主要從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)兩個(gè)方面入手。實(shí)際的評價(jià)方法絕對不是以單一的計(jì)算公式就能達(dá)到的。就經(jīng)濟(jì)評價(jià)為例，因?yàn)樗粏渭兪窃O(shè)備的使用，也包括工作人員的培訓(xùn)及工資，施工期間產(chǎn)品不能創(chuàng)造價(jià)值的損失，以及運(yùn)轉(zhuǎn)中出現(xiàn)誤差與故障等的虧損?；\統(tǒng)地說，對一個(gè)系統(tǒng)的評價(jià)應(yīng)當(dāng)考慮四個(gè)方面，即費(fèi)用支出的節(jié)約——包括運(yùn)營費(fèi)用、人材培訓(xùn)，設(shè)備的備用等；系統(tǒng)得到反應(yīng)的速度；系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)流量；送往機(jī)器的程序和并行地操作。如果要對系統(tǒng)做更細(xì)一些的評價(jià)，可以從系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間、系統(tǒng)的吞吐量、用戶的數(shù)量和系統(tǒng)質(zhì)量等幾個(gè)方面進(jìn)行考慮。

[1]周良權(quán)，傅恩錫，李世馨編.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].高等教育出版社，2005.

[2]馮勁梅，王慶明.采用單片機(jī)的直流電機(jī)無線遙控系統(tǒng)[J].機(jī)電工程，2010(12).