Алгоритмы и программное обеспечение моделирования приборов и устройств для создания автоматизированных лабораторных комплексов

• Автор: Коротина, Татьяна Юрьевна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 193 с. : ил.

Оглавление
Список принятых сокращений
Введение
1 Структура автоматизированного лабораторного комплекса (AJIK) на основе компьютерных моделей объектов и приборов
1.1 Проблемы внедрения новых информационно-измерительных
технологий в процесс автоматизации научных исследований
1.2 Цели и задачи построения АЛК
1.3 Функциональная структура АЛК
1.3 Л Реальная (физическая) лаборатория
1.3.2 Виртуальная лаборатория
1.3.3 Реально-виртуальная лаборатория
1.4 Технология компьютерного моделирования для создания
виртуальных инструментов и приборов
1.4.1 Технология построения виртуальных приборов в системе LabView компании National Instruments
1.4.2 Среда графического программирования Lab VIEW
1.4.3 Системы моделирования для автоматизации эксперимента
Выводы
2 Методика моделирования объектов с численной обработкой результатов виртуальных измерений
2.1 Функциональные характеристики подсистем АЛК
2.2 Требования к подсистемам АЛК
2.2.1 Структура и задачи среды МАРС для лабораторного эксперимента
2.2.2 Подсистема компьютерного моделирования
2.2.3 Подсистема автоматизированных вычислений
2.3 Метод компонентных цепей (МКЦ) для моделирования объектов, исследуемых в виртуальных лабораториях
2.4 Методика применения МКЦ для построения моделей объектов

2.5 Алгоритм применения МКЦ для построения различных типов компонентных цепей
2.6 Базовый набор моделей элементарных компонентов
2.7 Алгоритм построения генератора моделей компонентов на базе интерактивной математической панели (ИМП)
2.8 Пример использования генератора на основе ИМП
в лабораторных экспериментах
2.9 Методика и алгоритм разделения численного анализа процессов функционирования объекта и измерений его характеристик
в модели цепи
Выводы
3 Методика и алгоритмы компьютерного моделирования
виртуальных инструментов и приборов в среде МАРС
3.1 Структура многоуровневого представления компьютерных моделей виртуальных инструментов и приборов
3.2 Функциональная схема редактора виртуальных инструментов
и приборов
3.3 Формализм метода компонентных цепей для реализации виртуальных инструментов и приборов
3.4 Алгоритм передачи сообщений
3.5 Классификация моделей основных типов компонентов виртуальных инструментов и приборов (ВИП)
3.5.1 Типы компонентов ВИП
3.5.2 Модели визуальных компонентов
3.5.3 Модели математических компонентов
3.5.4 Модели алгоритмических компонентов
3.5.5 Модели компонентов-источников констант и сигналов
3.5.6 Модель компонента-драйвера
3.5.7 Модели компонентов-измерителей
3.5.8 Математические модели компонентов обработки результатов вычислительного эксперимента, построенные на численных методах
3.5.9 Методика применения блоков обработки результатов экспериментов на основе интерактивной математической панели
3.6 Модели ВИП с атрибутными связями
3.6.1 Формализованное представление компонента ВИП
с атрибутными связями
3.6.2 Атрибутные пины для параметризации моделей визуальных
компонентов
3.7 Моделирование функциональных блоков виртуальных
инструментов и приборов
3.7.1 Моделирование функционального блока задания амплитуды
3.7.2 Моделирование функционального блока задания частоты
3.8 Последовательность действий пользователя по формированию
модели виртуального прибора
3.9 Пример компьютерной модели виртуального прибора
«Функциональный генератор»
3.10 Погрешности виртуальных измерительных приборов
Выводы
4 Построение автоматизированных лабораторных практикумов (АЛЛ) на базе АЛК
4.1 Набор общих требований к АЛЛ по техническим дисциплинам
4.2 Подсистема автоматизированной поддержки эксперимента
4.2.1 Назначение
4.2.2 АПЭкс-Преподаватель
4.2.3 АПЭкс - Студент
4.2.4 АПЭкс - Администратор
4.3 АЛЛ на базе виртуальной учебной лаборатории
4.3.1 Требования к АЛЛ
4.3.2 Структурно-функциональная схема АЛЛ

2 Методика моделирования объектов с численной обработкой результатов виртуальных измерений
2.1 Функциональные характеристики подсистем АЛК
В соответствии с поставленными выше задачами построения автоматизированных лабораторных комплексов [40] в данной работе будем исследовать AJ1K, базирующиеся на виртуальных инструментах и приборах.
В такой постановке создание инструментов и средств автоматизации лабораторного эксперимента [41, 42] производится обычно в рамках виртуальной лаборатории (ВЛ) [43] и включает в себя разработку математического, информационного и программного обеспечения, причем наиболее сложным звеном является программное обеспечение, а именно система моделирования [44] и блоки математической обработки результатов эксперимента [45, 22]. Виртуальные лаборатории [19] называются также и компьютерными. Поэтому традиционно в их состав входят: система компьютерного моделирования (СКМ) [46] - среда МАРС [47], сопряженная с системой формализованного представления (СФП) реального объекта (установки или макета) в компьютерную модель (КМ) вместе с библиотекой моделей компонентов (БМК), система автоматизации вычислений (САВ) [48] и блоками отображения выходных данных (рис. 2.1, обведено пунктиром), а также средства поддержки и автоматизации эксперимента (обведены в рамку).
Перечислим основные составляющие данной схемы и дадим характеристику блокам, входящим в ее традиционную часть, а также сформулируем требования к новым блокам, призванным автоматизировать лабораторный эксперимент и образующие совместно с вычислительным экспериментом Автоматизированный Лабораторный Комплекс (АЛК) [9].
1. Лабораторная установка (макет) являются здесь тем объектом исследования, на базе которого и проводится необходимый эксперимент.