Phương pháp công nghiệp để thiết kế theo hướng đối tượng phần điều khiển cho các hệ thống động lực lai

- PHAN ĐÌNH HUÂN PHƯƠNG PHÁP CÔNG NGHIỆP ĐỂ THIẾT KẾ THEO HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG PHẦN ĐIỀU KHIỂN CHO CÁC HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC LAI Chuyên ngành : KỸ THUẬT MÁY & THIẾT BỊ THỦY KHÍ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC.
- 11Chương 1- GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC LAI.
- 131.1 Phân loại hệ thống điều khiển công nghiệp và cấu trúc lai.
- 131.1.1 Phân loại các hệ thống điều khiển công nghiệp.
- 15Chương 2- TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH HÓA, MÔ PHỎNG VÀ THỰC THI CÁC HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC LAI.
- 182.1 Mô hình hóa ứng xử hệ thống động lực lai.
- 393.2 Phân tích hệ thống động lực lai công nghiệp.
- 443.3 Thiết kế hệ thống động lực lai công nghiệp.
- 54Chương 4- ÁP DỤNG PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC ĐIỆN TỬ THỦY LỰC VỚI REALTIME UML.
- 634.1.4 Automate lai của hệ thống EHG.
- HDS Hybrid Dynamic Systerms Hệ thống động lực lai.
- 69 8 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Hệ thống chủ động lại, hệ thống thời gian thực và hệ thống động lực lai .
- 14Hình 1.2 Sơ đồ khối tổng quan của hệ thống động lực lai công nghiệp.
- 16Hình 2.1 Bộ giới hạn tín hiệu (Limiter.
- 19Hình 2.2 Automate lai trong bộ giới hạn tín hiệu.
- 19Hình 2.3 Ví dụ về các gói, các cổng và giao thức.
- 26Hình 2.4 Đặc tính khối chức năng.
- 33Hình 2.5 Mô hình thực thi khối chức năng.
- 35Hình 2.6 Thời gian thực thi tương ứng với Hình 2.5.
- 35Hình 3.1 Ví dụ về một sơ đồ chức năng mở rộng.
- 38Hình 3.2 Chu trình vòng đời lặp của HDS.
- 39Hình 3.3 Ví dụ về mô hình trường hợp sử dụng (A) và sơ đồ diễn tiến (B.
- 40Hình 3.4 Máy trạng thái tương ứng với sơ đồ diễn tiến trong Hình 3.3B.
- 41Hình 3.5 Sơ đồ cộng tác đối tượng trong HDS công nghiệp.
- 44Hình 3.6 Sơ đồ cấu trúc gói của HDS công nghiệp.
- 47Hình 3.7 Ví dụ về Automate lai.
- 48Hình 3.8 Chuyển đổi Automate lai với sự kiện bên trong Ei.
- 48Hình 3.9 Sơ đồ cạnh tranh thời gian toàn cục của các gói cơ bản.
- 49Hình 3.10 Sơ đồ diễn tiến của Automate lai đưa ra cho chu kỳ cụ thể [2T - 3T] tương ứng với Hình 3.9.
- 51Hình 4.1 Mô hình trường hợp sử dụng của EHG.
- 57Hình 4.2 Sơ đồ diễn tiến trong trường hợp sử dụng: “Cấu hình.
- 58Hình 4.3 Máy trạng thái trong trường hợp sử dụng: “Cấu hình.
- 58Hình 4.4 Sơ đồ diễn tiến của trường hợp sử dụng: “Vận hành.
- 59Hình 4.5 Sơ đồ diễn tiến của trường hợp sử dụng: “Vận hành.
- 59Hình 4.6 Máy trạng thái của trường hợp sử dụng: “Vận hành.
- 60Hình 4.7 Sơ đồ diễn tiến trường hợp sử dụng: “Bảo trì.
- 60 9 Hình 4.8 Sơ đồ diễn tiến trong trường hợp sử dụng: “An toàn.
- 61Hình 4.9 Sơ đồ diễn tiến trong trường hợp sử dụng: “An toàn.
- 61Hình 4.10 Sơ đồ diễn tiến trong trường hợp sử dụng: “An toàn”– trong trường hợp: EHG bị lỗi.
- 62Hình 4.11 Máy trạng thái của trường hợp sử dụng: “An toàn”– trong trường hợp: khi EHG bị lỗi.
- 62Hình 4.12 Máy trạng thái toàn cục của EHG.
- 63Hình 4.13 Sơ đồ khối chức năng của EHG.
- 63Hình 4.14 Máy trạng thái của bộ giới hạn.
- 64Hình 4.15 Máy trạng thái toàn cục hoàn thiện của EHG, khi các sự kiện bên trong được kết nối.
- 65Hình 4.16 Sơ đồ hàm truyền đạt của EHG.
- 66Hình 4.17 Đặc trưng Automate lai của EHG với các sự kiện bên trong được sinh ra là Eii.
- 70Hình 4.18 Các lớp thực thể tương ứng với các phần tử liên tục (A).
- 72Hình 4.19 Lớp biên của giao diện bên trong (A).
- 72Hình 4.20 Sơ đồ cấu trúc các gói cơ bản của EHG.
- 73Hình 4.21 Sơ đồ lớp của các gói cơ bản trong EHG.
- 73Hình 4.22 Sơ đồ diễn tiến toàn cục của EHG – trong trường hợp: sự kiện bên ngoài được xử lý.
- 74Hình 4.23 Sơ đồ cấu trúc của gói phần liên tục.
- 75Hình 4.24 Sơ đồ lớp của gói phần liên tục của EHG.
- 75Hình 4.25 Sơ đồ diễn tiến của gói phần liên tục.
- 76Hình 4.26 Máy trạng thái của gói phần liên tục của EHG.
- 76Hình 4.27 Sơ đồ lớp của gói IGCB.
- 77 10 Hình 4.28 Máy trạng thái của gói IGCB.
- 77Hình 4.29 Sơ đồ lớp của gói phần rời rạc.
- 78Hình 4.30 Máy trạng thái của gói phần rời rạc.
- 78Hình 4.31 Máy trạng thái ứng dụng “Evolution” tương ứng với Hình 4.30.
- 79Hình 4.32 Sơ đồ lớp của gói giao diện bên trong.
- 80Hình 4.33 Máy trạng thái của gói giao diện bên trong.
- 80Hình 4.34 Sơ đồ lớp của gói giao diện bên ngoài của EHG.
- 81Hình 4.35 Máy trạng thái của gói giao diện bên ngoài.
- 81Hình 4.36 Sơ đồ cấu trúc hệ thống con cơ bản và mối liên hệ truyền đạt giữa chúng của EHG.
- 83Hình 4.37 Các phần tử trong gói phần liên tục của EHG.
- 84Hình 4.39 Quá trình quá độ trong trường hợp EHG đồng bộ và ứng với ba ứng xử của bộ giới hạn.
- Trong sự phát triển của ngành điểu khiển công nghiệp, các phương pháp phát triển hướng mô hình hóa hướng đối tượng đã cho phép tạo ra các bản thiết kế trực quan và có khả năng đáp ứng được các yêu cầu thay đổi của các hệ thống.
- Cũng theo thông tin mà OMG cung cấp thì đến nay nhiều tổ chức lớn trên thế giới đã ứng dụng thành công mô hình hóa hướng đối tượng như: I-Logix, Telelogic, công ty hàng không Lockheed Martin của Mỹ v.v… Luận văn này được thực hiện nhằm mục đích nghiên cứu về phương pháp công nghiệp để thiết kế theo hướng đối tượng phần điều khiển cho các hệ thống động lực lai và minh họa việc áp dụng lý thuyết nghiên cứu vào việc phát triển một hệ thống điều khiển công nghiệp thực tế.
- Luận văn đưa ra các giả thuyết, mô hình hóa, thiết kế hướng đối tượng và mô phỏng Automate lai cho các hệ thống động lực lai công nghiệp nhằm đánh giá chất lượng điều khiển của các hệ thống đó.
- Minh họa được áp dụng cho một phần chức năng điều khiển chính của “Hệ thống Điều tốc Điện tử - Thủy Lực”.
- Phần 1: Giới thiệu chung về hệ thống động lực lai.
- Phần 2: Tổng quan về mô hình hóa, mô phỏng và thực thi các hệ thống động lực lai.
- Phần 3: Quy trình phân tích, thiết kế phần điều khiển hệ thống động lực lai công nghiệp (Hybrid Dynamic Systems) với ngôn ngữ mô hình hóa hợp nhất trong thời gian thực (Real time UML).
- 12 - Phần 4: Áp dụng phân tích thiết kế hệ thống điều tốc điện tử thủy lực với Real Time UML.
- 13 Chương 1- GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC LAI 1.1 Phân loại hệ thống điều khiển công nghiệp và cấu trúc lai 1.1.1 Phân loại các hệ thống điều khiển công nghiệp Hiện nay, các hệ thống điều khiển tự động công nghiệp có thể phân loại theo các loại sau: hệ thống chủ động lại, hệ thống thời gian thực và hệ thống động lực lai.
- Hệ thống chủ động lại (Reactive System - RS là hệ thống có thể nhận tất cả sự kiện và tín hiệu đầu vào.
- Hệ thống thời gian thực (Real Time System - RTS là hệ thống tự chủ động lại có kèm theo chu trình xử lý các sự kiện và tín hiệu đầu vào, đầu ra gắn với điều kiện ràng buộc về khoảng thời gian và thời điểm thực thi.
- Ngoài ra, trong hệ thống thời gian thực có thể phát sinh các sự kiện và tín hiệu bên trong phụ thuộc vào thời gian.
- Ví dụ: Hệ thống điều khiển điện thủy lực nhằm duy trì mức chất lỏng và áp suất không đổi trong 1 bể chứa, khi nguồn tiêu thụ môi chất thay đổi lưu lượng.
- Hệ thống động lực lai (Hybrid Dynamic System - HDS là hệ thống thời gian thực, nó bao gồm phần liên tục, phần rời rạc, và sự tương tác giữa chúng.
- Ngoài ra, trong hệ thống động lực lai có thể phát sinh các sự kiện bên trong không theo thời gian.
- Ví dụ: Các hệ thống điều khiển điện thủy lực trong máy nâng chuyển, hệ thống lái tự động trong tàu thủy hoặc máy bay, hệ thống theo dõi đối tượng trên thiết bị cầu thang cuốn v.v… Hình 1.1 giới thiệu mối liên kết tổng quan giữa các hệ thống đã giới thiệu ở trên.
- trong đó: RS: hệ thống chủ động lại, RTS: hệ thống thời gian thực, HDS: hệ thống động lực lai.
- 14 Hình 1.1 Hệ thống chủ động lại, hệ thống thời gian thực và hệ thống động lực lai Trong nội dung nghiên cứu, chúng tôi quan tâm tới việc phân tích thiết kế và mô phỏng hệ thống động lực lai công nghiệp.
- bởi hệ thống điều khiển hiện tại và cơ cấu chấp hành có xét tới các mô hình với dữ kiện rời rạc và mô hình ứng xử liên tục.
- chúng được kết hợp với các quá trình làm thay đổi tác nhân với các trường hợp sử dụng (Use cases) như là: người thiết kế, người tư vấn, người bảo trì v.v…Hơn nữa, các hệ thống điều khiển luôn luôn không có ứng xử giống nhau.
- Ứng xử của các hệ thống này là khá phức tạp.
- Trong luận văn này, chúng tôi chỉ xét đến hệ điều khiển công nghiệp đó là hệ thống động lực lai (HDS) và được mô hình hóa bằng Automate lai (Hybrid automata).
- 1.1.2 Cấu trúc lai Một cách tổng quát ta có thể xem hệ thống động lực lai bao gồm 3 phần [13.
- Phần rời rạc: Để nghiên cứu phần rời rạc của hệ thống động lực lai, chúng ta có thể dùng các ngôn ngữ hình thức như: Grafcet, Petri Net, máy trạng thái v.v… [9], nhằm đặc tả ứng xử động của hệ thống.
- Chúng ta có thể sử dụng cách tiếp cận mà nó cho phép lập mối quan hệ giữa máy trạng thái (State machine) với mỗi tổ hợp các biến liên tục để thực thi hệ thống.
- Sự liên kết các giá trị liên tục của hệ thống qua các trạng thái rời rạc có thể được biểu diễn qua hàm bước nhảy (Jumps) [13].
- 1.2 Giới thiệu HDS trong điều khiển công nghiệp Trong luận văn này, chúng tôi nghiên cứu sâu về phân tích thiết kế và mô phỏng hệ thống động lực lai công nghiệp.
- Hệ thống này bao gồm phần điều khiển lai và cơ cấu chấp hành lai, hai phần này liên kết với nhau bởi sự trao đổi các tín hiệu và sự kiện theo chu kỳ và không theo chu kỳ.
- Các sự kiện không theo chu kỳ có thể là sự kiện bên trong hoặc bên ngoài, ta có sơ đồ khối tổng quan của hệ thống động lực lai công nghiệp như Hình 1.2: 16 Hình 1.2 Sơ đồ khối tổng quan của hệ thống động lực lai công nghiệp Trong đó.
- Actor1, Actor2, Actor3… Actorm: tổ hợp con người hoặc hệ thống tác động đến hệ thống thi hành (phần điều khiển lai và cơ cấu chấp hành lai) [16].
- Hệ thống thi hành và tác nhân trao đổi các thông điệp không theo chu kỳ ở dưới dạng không đồng bộ, và được thực hiện qua máy trạng thái.
- Mặt khác, cơ cấu chấp hành lai có thể được thực thi bởi nhiều mô hình điều khiển khác nhau và tồn tại sự tương tác giữa các mô hình này, vậy sự tương tác này có thể được mô hình hóa thông qua ngôn ngữ hình thức như: Automate, Grafcet, biểu đồ trạng thái (State chats) v.v… Tóm lại, trong chương này chúng tôi đã giới thiệu cách khái quát về các hệ thống điều khiển công nghiệp hiện nay: hệ thống chủ động lại, hệ thống thời gian thực và hệ thống động lực lai.
- Trên thực tế rất nhiều hệ thống điều khiển công

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt