Автоматизированные системы управления атомных электростанций 2
 Скачать 1.06 Mb.
|
Понятие и основные сведения об алгоритме. Способы записи алгоритмов.При построении систем ком плексной автоматизации, особенно систем, включающих цифровые управляющие машины, все больше выявляется недостаточность диффе ренциальных, разностных и интег ральных уравнений как математи ческого аппарата описания процес сов управления. Обусловлено это большим количеством логических условий, встречающихся в подоб ных процессах управления, а также дискретностью многих действий. Необходим более общий способ описания процессов управления. Таким способом может служить ал горитм. Термин алгоритм происходит от имени средневекового уз бекского математика Аль-Хорезми, который еще в IX в. (825 г.) дал правила выполнения четырех арифметических действий в десятичной системе счисления. Процесс выполнения арифмети ческих действий был назван алгоризмом. Алгоритм есть совокупность четко опреде ленных правил, процедур или команд, обеспе чивающих решение поставленной задачи за ко нечное число шагов. Под алгоритмом управления понимают совокупность правил при ложения управляющих воздействий к исполнительным элементам объекта управления, обеспечивающих его функционирование с целью решения поставленной перед объектом задачи. Вырабатывает указан ные воздействия управляющее устройство на основе уставок и ограни чений, введенных оператором (априорная информация), и сигналов датчиков, вводимых обратными связями (текущая информация). В этом смысле алгоритм управления определяет закон функциони рования управляющего устройства. Алгоритм — понятие весьма ши рокое; оно охватывает любую совокупность преобразований и логиче ских условий, действующих в опре деленном порядке. Например, алгоритмом можно назвать любую инструкцию или предписание, определяющие порядок действия лица в конкретных условиях. Любая передаточная функция системы управ ленияесть частный вид алгоритма. Используются следующие спосо бы записи алгоритмов: • словесный; • формульный; • табличный; • операторный; • графический; • язык программирования. При словесном способе записи содержание последователь ных этапов алгоритма описывается в произвольной форме на ес тественном языке. Формульный способ основан на строго формализованном аналитическом задании необходимых для исполнения действий. Табличный способ подразумевает отображение алгоритма в виде таблиц, использующих аппарат реляционного исчисления и алгебру логики для задания подлежащих исполнению взаимных связей между данными, содержащимися в таблице. Операторный способ базируется на использовании для ото бражения алгоритма условного набора специальных операторов: арифметических, логических, печати, ввода данных и т, д.; опе раторы снабжаются индексами и между ними указываются необ ходимые переходы, а сами индексированные операторы описы ваются чаще всего в табличной форме. Графическое отображение алгоритмов в виде блок-схем — весьма наглядный и распространенный способ. Графические символы, отображающие выполняемые процедуры, стандартизо ваны. Наряду с основными символами используются и вспомо гательные, поясняющие процедуры и связи между ними. Алгоритмы могут быть записаны и в виде команд какого-ли бо языка программирования. Если это макрокоманды, то алго ритм читаем и пользователем-программистом, и вычислитель ной машиной, имеющей транслятор с соответствующего языка.
Схема алгоритма — графическое представление алгоритма, дополняемое элементами словесной записи. Каждый пункт алго ритма отображается на схеме некоторой геометрической фигу рой или блоком. При этом правило выполнения схем алгорит мов регламентирует ГОСТ 19.002—80 «Единая система про граммной документации» (табл. 1.21). Блоки на схемах соединяются линиями потоков информа ции. Основное направление потока информации идет сверху вниз и слева направо (стрелки могут не указываться), снизу вверх и справа налево — стрелка обязательна. Количество входя щих линий для блока не ограничено. Выходящая линия — одна, за исключением логического блока. К основным структурам относятся следующие — линейные, разветвляющиеся, циклические (рис. 1.21).  Рис. 1.21. Примеры структур алгоритмов: a— линейный алгоритм; б — алгоритм с ветвлением; в — алгоритм с циклом Линейными называются алгоритмы, в которых действия осу ществляются последовательно друг за другом. Стандартная блок-схема линейного алгоритма приводится на рис. 1.21, а (вы числение суммы двух чисел — А и В). Разветвляющимся называется алгоритм, который, в отличие от линейных алгоритмов, содержит условие, в зависимости от истинности или ложности которого выполняется та или иная последовательность команд. Таким образом, команда ветвления состоит из условия и двух последовательностей команд. Примером может являться разветвляющийся алгоритм, изо браженный в виде блок-схемы (рис. 1.21, б). Аргументами этого алгоритма являются две переменныеА, В, а результатом — пере менная X. Если условие А > В истинно, то выполняется операция X := А хВ, в противном случае выполняется Х.= А + В. В резуль тате печатается то значение переменной X, которое она получает при выполнении одной из серий команд. Циклическим называется алгоритм, в котором некоторая последовательность операций (тело цикла) выполняется многократно. Однако «многократно» не означает «до бесконечности». Организа ция циклов, никогда не приводящая к остановке в выполнении ал горитма, является нарушением требования его результативности — получения результата за конечное число шагов. В цикл в качестве базовых входят — блок проверки условия и тело цикла. Перед операцией цикла осуществляется начальное присвоение значений тем переменным, которые используются в теле цикла. Рассмотрим пример алгоритма вычисления факториала, изо браженный на рис. 1.21 (с циклом «ПОКА»). Переменная N по лучает значение числа, факториал которого вычисляется. Пере менной N1, которая в результате выполнения алгоритма должна получить значение факториала, присваивается первоначальное значение 1. ПеременнойКтакже присваивается значение 1. Цикл будет выполняться, пока справедливо условие N > К. |