пїњ

—»Ќ“≈« Ќјƒ≈∆Ќџ’ ј¬“ќћј“ќ¬ ƒЋя —»—“≈ћ –≈јЋ№Ќќ√ќ ¬–≈ћ≈Ќ»

“ехнические науки
»——Ћ≈ƒќ¬јЌ»≈ ‘»«» ќ-ћ≈’јЌ»„≈— »’ ѕ–ќ÷≈——ќ¬ ¬ ƒ»— ќ¬ќћ ЁЋ≈ “–ќћј√Ќ»“Ќќћ ћ≈’јЌќј “»¬ј“ќ–≈ (Ёƒћј)
Ѕеззубцева ћ.ћ., ¬олков ¬.—.
—анкт-ѕетербургский государственный аграрный университет, —анкт-ѕетербург, e-mail: vol9795@yandex.ru
¬ результате теоретических и экспериментальных исследований вы€влено, что механоактиваци€ вторичного сырь€ в дисковом электромагнитном механоактиваторе O^^A) позвол€ет интенсифицировать технологический процесс, улучшить качество продукции при одновременном снижении энергетических затрат и ресурсосбережении.
ѕовышение энергетической эффективности производства обеспечиваетс€ за счет создани€ в Ёƒћј [1, 2] равномерных энергетических и силовых нагрузок на обрабатываемый материал.
¬ результате исследований физико - механических процессов в рабочем объеме Ёƒћј [3] вы€влено, что диспергирование и механоактиваци€ вторичного сырь€ в Ёƒћј осуществл€етс€ в средней зоне рабочего объема - в Ђслое скольжени€ї. ѕри этом силовое взаимодействие между ферроэлементами определ€етс€ величиной индукции в рабочем объеме и может быть определено из выражени€, полученного на основании развити€ гипотезы ћаксвелла.
ƒл€ определени€ силы воздействи€ двух сферических ферромагнитных элементов в однородном магнитном поле, примен€етс€ формула:
F = Ч
256 (|1-1)
где д - магнитна€ проницаемость шаров; Ќ - напр€жЄнность магнитного пол€, принимающа€ значение Ќ1 во внешней части камеры измельчител€, либо значение Ќ2 - во внутренней части измельчител€; R0 - радиус шаров; ф - угол деформации структурной цепочки.
јнализ показывает, что сила взаимодействи€ будет принимать максимальное значение при величине угла деформации ф = 0:
з ((13ц+11)+ 9(3|x+5)cos 2ф)), F(0) = -^-H2%
(÷- I)2
(1)
(5(’ + 7). (2)
л. (ц+ 2)3
ѕри определении сил следует, однако учесть, что взаимодействи€ ферроэлементов в цепочках происходит через прослойку обрабатываемого продукта. ≈сли исходный размер частиц продукта прин€ть равным г , то формула (1) примет вид:
356 " " (÷ + 2)3
нЧЧ((29 + 67д) + (171- 117|а) cos2tp )).
(3)
2^
–авномерность распределени€ силовых нагрузок обеспечиваетс€ созданием в зоне Ђсло€ скольжени€ї индукции от 0,25 до 0,3 “л. ”слови€ равномерности подтверждены моделированием и оптимизацией процесса измельчени€ и механической активации в среде программного комплекса јє”8 с использованием метода конечных отношений.
–азработанна€ методика использована при проектировании Ёƒћј, отвечающего требовани€м производства. ¬ результате исследований вы€влено соответствие разработанной конструкции Ёƒћј поставленной цели рационального использовани€ вторичных ресурсов посредством измельчени€ и механоактивации, путем создани€ эффективных способов измельчени€ и механоактивации с разработкой оборудовани€ нового типа, обеспечивающего интенсификацию и автоматизацию процессов, улучшение качественных показателей продукции при одновременном повышении энергоэффективности и ресурсосбережении.
—писок литературы
1. Ѕеззубцева ћ.ћ. Ёлектромагнитные измельчители. “еори€ и технологические возможности: автореф. дис. ... д-ра техн. наук. - —ѕб.: —ѕб√ј”, 1997. - 24 с.
2. Ѕеззубцева ћ.ћ., ¬.—.¬олков. “еоретические основы электромагнитной механоактивации. - —ѕб: »зд-во —ѕб√ј”, 2011. -250 с.
3. Ёлектромагнитный измельчитель: патент 84263 –оссийска€ федераци€, ћѕ 6 ¬02—19/18. / ¬олков ¬. —.: за€витель и патентообладатель ¬олков ¬.—. є 2008151900/22; за-€вл. 23.12.2008; опубл. 10.07.2009, Ѕюл. є 19. - 11 с.
—»Ќ“≈« Ќјƒ≈∆Ќџ’ ј¬“ќћј“ќ¬ ƒЋя —»—“≈ћ –≈јЋ№Ќќ√ќ ¬–≈ћ≈Ќ»
ћухопад ј.ё.
»ркутский государственный университет путей сообщени€, »ркутск, e-mail: jcmg@mail.ru
ƒан сравнительный анализ ћѕј ћура и оригинального автомата авторов с выдел€емыми логическими услови€ми. ѕредложены новые эффективные методы контрол€, реализуемые в ћѕј с новой структурной организацией.
»нформационно-управл€ющие системы
(»”—) реального времени составл€ют основу средств автоматизации дл€ мехатроники, летательных аппаратов, навигационных комплексов, технологических процессов и др.
¬опросы обеспечени€ безотказности »”— не могут решатьс€ без обеспечени€ надежности микропрограммных автоматов управлени€ (ћѕј), которые в структуре »”— могут составл€ть пор€дка 50 % в виде Ѕ»— и —Ѕ»—. Ќаиболее результативны структурные методы повышени€ надежности, св€занные не только со снижением числа логических элементов на функциональном уровне, но и на использовании встроенных подсистем динамического контрол€.
јнализ »”— и самих автоматов управлени€ целесообразно проводить на основе структурных моделей сложных систем. »спользуем
модель »”— ё.‘. ћухопада в виде п€ти взаимосв€занных блоков: функционального, информационного, адресного, логического и управл€ющего [1, 2].
—труктурна€ организаци€ автоматов управлени€ “ипова€ структура ћѕј с правилом функционировани€ автоматов ћура [3] включает следующие блоки:
ќ” - операционное устройство (объект управлени€), выполн€ющее дл€ ћѕј роль логической подсистемы, т.к. именно к ней отнесены датчики и схемы формировани€ двоичных сигналов {а}, которые €вл€ютс€ входными сигналами ћѕј.
ѕри проектировании ћѕј стрем€тс€ в первую очередь упростить ј- подсистему за счет
минимизации системы т булевых функций ^ и реализации их на ѕЋћ или ѕЋ»— с конкатенацией входных переменных {а}{х} или представлени€ системы √ параллельно последовательной структурой комбинационных схем (декомпозици€), в которой кажда€ из подсхем имеет число переменных на входе меньше чем (т + д).
ѕервый подход эффективен дл€ —ѕ и ѕј автоматов, но дл€ —Ћ и ¬— автоматов снижение сложности ј-блока не превосходит 15 %]. ¬торой подход отличаетс€ высокой наукоемкостью, т.к. при проектировании необходимо в графе переходов найти несовместимые подграфы, решить задачу оптимальной раскраски графов
» - регистры пам€ти, составл€ющие основу информационного блока ћѕј;
ј - комбинационна€ схема √ дл€ определени€ кода ” -ут---уу1 состо€ни€ автомата а(/ + 1) по коду X- х .хх состо€ни€ а(р) и логическим условием { а} - а1а2... ад. ^ - адресный блок ћѕј;
—амым простым методом реализации ^ €вл€етс€ считывание кода ” по конкатенации а1а2. ахт.х2х1, котора€ рассматриваетс€ как адр ес ѕ«” ѕри реализации адресного блока на ѕ«” или ѕЋћ условный объем пам€ти V = т2т + д.
‘ - комбинационна€ схема ≈2 дл€ формировани€ управл€ющих команд ј1ј2...јк по коду состо€ни€ а(/). - функциональный блок.
” - блок синхронизации (Ѕ—), формирующий по сигналу Ђѕускї с периодом “ импульсы синхронизации т1 и т2, причем х1(/) л т2(/) = 0. „исло состо€ний автомата ќпредел€ет разр€дность (т) кодов X и ” из соотношени€ N < 2т. ѕоэтому сложность ћѕј определ€етс€ значени€ми т, q дл€ всех блоков (‘, », Ћ, ј) при фиксированной структуре Ѕ— классических ћѕј ћура [1].
ѕо степени сложности адресного блока в соответствии с инженерной классификацией [4] ћѕј подраздел€ютс€ на сверхпростые (—ѕ), простые (ѕј), средней сложности (—ј) и высокой сложности (¬—) автоматы. ¬ табл. 1 дана оценка объема ѕ«” в килобитах.  ак видно из табл. 1 дл€ —ј автоматов величина V может приближатьс€ к мегабиту, а дл€ ¬— составл€ет дес€тки мегабит.
и др. ќднако эффект дл€ —Ћ и ¬— автоматов также не значительный.
Ёффективный метод декомпозиции ћѕј предложен в работах [5,6], основанный на разделении не графов переходов, а самой исходной граф-схемы алгоритма (√—ј). ћетод снижает объем ѕ«” (ѕлћ) в 1,5-1,7 раза дл€ ¬— и —Ћ автоматов.  ардинальный подход предложен в работах [4, 7, 8], основанный на использовании оригинальной структуры ћѕј с определением ” по коду X при использовании всего одного логического услови€ аj 6 {а}. Ќомер. дл€ а. определ€етс€ по коду а(/). ќбъем ѕ«” такого ј-блока определ€етс€ величиной W = т2т + '. «начение W не зависит от числа логических условий д. ¬ыигрыш в объеме ѕ«”, обозначенный символом Q, и величины W дл€ всех типов авто-
“аблица1
ќсновные параметры автоматов
“ип т „ т + ч т + 1 V Ў е
1 —ѕ 3 4 7 4 0,384 0,048 8
2 ѕј 4 8 12 5 16 0,128 125
3 —ј 5 12 17 6 640 0,320 2000
4 ¬— 6 16 22 7 24.000 0,768 31250
1 2 3 4 5 6 7 8
матов приведены в табл. 1. ƒл€ —Ћ и ¬— автоматов выигрыш составл€ет от единиц до дес€тков тыс€ч раз.
¬носимые в новую структуру ћѕј новые блоки в виде мультиплексора дл€ выбора а. {а} и комбинационной схемы F3 дл€ определени€ j по коду a(t) в сумме не превыс€т сложности новой комбинационной схемы F1 с (т + 1) переменной на входе.
—труктурна€ схема ћѕј с выделенным мультиплексором не только оригинальна, но и отлична от типовых структур ћура и ћили. ѕоэтому нова€ структурна€ организаци€ ћѕј определ€ет и принципиально новый подход к синтезу высоконадежных ћѕј и организации дл€ них встроенных средств самоконтрол€.
Ќовые методы самоконтрол€
¬ работе [2] с целью уменьшени€ числа активных элементов в числовом блоке ѕ«” предложено использовать представление хранимого кода с фиксированным числом единиц как результат независимой дешифрации частей m-разр€дного кода ƒѕ .  од назван геометрическим, т.к. публикаци€ по€вилась до кодов kCn с фиксированным (к) числом единиц в n-разр€дном коде. Ѕолее подробно метод изложен в работе [9]. ƒл€ контрол€ ћѕј использован модифицированный геометрический код (ћ√ ), определенный в виде конкатенации трехразр€дных групп с одной единицей в каждой, причем в общем коде (ћ√ ) с разр€дностью n = 2m, (m - разр€дность ƒѕ ) недопустимо соседство двух единиц в соседних разр€дах между группами. ќригинальность метода [10] контрол€ ћѕј с ћ√  определ€етс€ тем, что код ћ√  используетс€ только дл€ представлени€ a(t + 1), который по цепи обратной св€зи преобразуетс€ в модифицированный двоичный код (ћƒ ) по правилу:001 ^ 00, 010 ^ 01, 100 ^ 10. “огда на входе F в коде a(t) в каждой группе из двух разр€дов не должно быть комбинации Ђ11ї, а на выходе F в каждой группе из 3-х разр€дов допустима лишь единственна€ комбинаци€ с одной Ђ1ї.
ѕо уровню контролеспособности предложенный метод эквивалентен методу kCn, однако, схемы определени€ наличи€ одной Ђ1ї в каждой группе из трех разр€дов тривиальны в реализации в отличие от схем определени€ k произвольно расположенных Ђ1ї в n -разр€дном коде. ƒл€ ћ√  ошибка (ERR) в каждой группе из трех разр€дов обозначенных побитно a, b, с определ€етс€ выражением
ERR = (айс +abc + abc)-
ѕредложенный оригинальный метод самоконтрол€ [10] наиболее эффективен дл€ новой структуры ћѕј, т. к. при использовании ѕ«” объем пам€ти вместо W = т2т + 1 станет равным W = (2т + 1)-2т + 2, здесь (т + 1) - разр€дность ћƒ , а 2т - разр€дность ћ√ . ƒл€ типового
ћѕј ћура при использовании ћ√  и ћƒ  объем пам€ти W = 2т2т + д.
ƒл€ новой организации ћѕј станов€тс€ эффективными и другие методы контрол€, в частности метод мажоритарного дублировани€ схемы √. ѕрименительно к ћѕј авторами этот метод модифицирован следующим образом. »спользуетс€ также три комбинационные схемы однако две из них осуществл€ют пр€-
мое преобразование а(0 =^г1∞( ќ—уа (( +1)), а треть€ схема реализует обратное преобразование . ѕричем в дублированных √1 используетс€ ћ√ , а в .–|∞ используетс€ ћƒ  дл€ представлени€ а(/ + 1). јлгоритм проверки состоит из следующих действий:
1. ѕроверка отсутстви€ ошибок в ћ√  дл€ каждых дублированных √1 обозначенных как
и 2 ≈сли в каждой схеме нет ошибок, то при равенстве выходов и код а(/ + 1) считаетс€
верным.
2. ѕри наличии ошибки в одной из дублированных схем производитс€ преобразование а(/)=^ (ау.а^+1)) и сравнение полученного кода а(/)0 с исходным кодом а(/). ѕри равенстве кодов результат считываетс€ с исправной схемы √1. »наче фиксируетс€ ошибка.
ѕредложенный метод контрол€ обеспечивает безопасный режим работы ћѕј при любой кратности ошибок в ј-подсистеме. ќчевидно, что такой метод контрол€ невозможен в ћѕј с классической структурой ћура, т.к. в таких автоматах нельз€ построить –^, р2, ≈[∞
¬ новой структуре ћѕј применим еще один вариант дублировани€ комбинационной схемы √1. —труктура ћѕј определ€етс€ следующими модификаци€ми:
- в графе переходов ћѕј выдел€етс€ наиболее длинный путь, удовлетвор€ющий условию а(^+1)=1+∞∞а(^). «десь ∞∞ признак безразличного выбора значени€ да.
- дл€ этих переходов предусматриваетс€ счетчик с кодом √ре€, который выполн€ет одновременно роль выходного регистра пам€ти а(/ + 1) в »-системе ћѕј;
- остальные переходы реализуютс€ схемой
√,;
- параллельно устанавливаетс€ дублирующа€ схема дл€ вычислени€ кода а(/ + 1). ¬ этой схеме ^ используетс€ принцип независимого вычислени€ первой ”1 и второй ”2 половины ” кода а(/ + 1) по первой ’ и второй ’2 част€м ’ кода а(0 с учетом а. дл€ первой и второй частей.
ѕоскольку при ’1 и ’2 используютс€ только части ’ единого кода х1х2.хт, то при вычислении ”1 и ”2 возможно по€вление неопределенности. ƒл€ ее ликвидации используетс€ еще одна двоична€ переменна€ “, значение которой определ€етс€ в основной схеме √1 совместно с кодом ” = ””2 ---”т-
¬ предложенной схеме вычислени€ Y дублированна€ схема определени€ кода a(t + 1) требует меньших затрат, чем при полном дублирова-
нии F1.
≥ з
ј0-≤ј1а1'≤ј2а2'≤ј3ј4-1-≤ј5ј6а3'≤ј7ј$ ¬ работе [2] приведены правила перехода от √—ј к Ћ—ј. ѕредставленна€ Ћ—ј получена после модификации √—ј за счет введени€ пустого оператора ј2. √раф переходов ћѕј дл€ Ћ—ј представлен на рисунке, на котором двойными стрелками отмечен непрерывный путь через состо€ни€ 0, 1,
2, ..., 15,0. “акому пути может быть сопоставлен счетчик, работающий в коде √ре€ (табл. 2), тогда схема √ реализует только 6 переходов по табл. 3. «аметим, что все переходы в √ реализуютс€ по условию ∞∞у., т.к. по да. дл€ данного примера переходы осуществл€ютс€ по счетчику. ƒл€ построени€ контролирующей схемы по табл. 3 строитс€ табл. 4, в которой в первом столбце введена логическа€ переменна€ у дл€ сн€ти€ неопределенности при некоторых кодах: х]х2 (00 ^ 01,00) и х3х4 (01 ^ 01,11). Ѕулевы функции у1, у2, у3, у4 определ€ютс€ по картам  арно на основании табл. 4. –еализаци€ этих функций тривиальна.
”\ = (*1 *2 + Iх! )∞∞; '”2 = (у*1 *2 )∞∞;
”ъ=1 (*4 + *3 )∞∞; ”4 = 7*3*4 ∞∞-
“аблица 2
0 0000 ¬ 1100
1 0001 9 1101
2 0011 10 1111
3 0010 11 1110
4 0110 12 1010
5 0111 13 1011
б 0101 14 1001
7 0100 15 1000
“аблица «
a(t) а a(t + 1)
1 ∞∞1 5
2 ∞∞2 1
б ∞∞3 5
¬ ∞∞4 15
11 ∞∞5 9
14 ∞∞6 1
ѕри реализации ћѕј ћура по традиционной схеме с дублированием √ при т = 4, д = 6 общий объем двух схем составит более 8 кб, т.к. дл€ каждой схемы Ў = т2т+д. ¬ новом автомате необходима одна схема с объемом Ў = т2т + 1 = 0,127 кб и тривиальна€ дублирующа€ схема дл€ реализации уравнений ”. ѕри больших значени€х т, д преимущество предла-
—интез встроенных средств контрол€ рассмотрим на примере ћѕј с т = 4, д = 6, алгоритм работы которого представлен в виде логической схемы (Ћ—ј):
___ 4 5 5 __ 6 4
гаемого метода самоконтрол€ и новой структуры ћѕј будут еще более значимыми.
“аблица 4
Y N(t) а N(t + 1)
0 0001 0 0111
1 0011 0 0001
0 0101 0 0111
0 1100 0 1000
0 1110 0 1101
1 1001 0 0001
Y х4х3х2х1 а ”4”3”«”1
¬ представленной статье в большей мере рассматривались автоматы ћура. ћетод построени€ ћѕј ћили с новой структурной организацией предложен в работе [11].
»сследовани€ новой структурной организации ћѕј только начаты, поэтому имеетс€ резерв, как дл€ модификации, так и дл€ создани€ новых методов самоконтрол€ ћѕј.
«аключение
ѕредложенна€ авторами нова€ структурна€ организаци€ микропрограммных автоматов дает возможность построени€ высоконадежных систем управлени€ с оригинальными средствами самоконтрол€, обеспечивающими режимы безопасной работы сложных технических систем реального времени при минимальных затратах специально встраиваемого оборудовани€.
—писок литературы
1. ћухопад ё.‘. “еори€ дискретных устройств: учебное пособие. - »ркутск: »р√”ѕс, 2010. -172 с.
2. ћухопад ё.‘. ѕроектирование специализированных микропроцессорных вычислителей. - Ќовосибирск: Ќаука, 1981. - 161 с.
3. —оловьев ¬.¬.,  лимович ј. Ћогическое проектирование цифровых систем на основе ѕЋ»—. - ћ.: √ор€ча€ лини€ - “елеком, 2008, - 374 с.
4. ћухопад ј.ё. —труктурный синтез автоматов управлени€ систем реального времени: автореф. дис. ... канд. - Ѕратск, 2009. - 19 с.
5. ћухопад ё.‘. ћикроэлектронные системы управлени€. - Ѕратск: Ѕр√”, 2009. - 285 с.
6. Ѕадмаева “.—., ƒеканова Ќ.ѕ., ћухопад ё.‘. —интез самоконтролируемой системы управлени€ электроавтоматикой // ћатематические и информационные технологии в энергетике, экономике, экологии. - »ркутск: —Ё» —ќ –јЌ, 2003. - „. 1. - —. 88-92.
7. ћухопад ј. ё., ћухопад ё. ‘. ћикропрограммный автомат. - ѕатент на полезную модель є 82888. - Ѕ» є 13, 2009.
8. Mukhopad Yr.F., Mukhopad ј.”г. Microelectronic controlling of realtime complicated technical systems // International journal of applied and fundamental research. -2009. - є 2. - P 26-29.
9. —апожников ¬.¬., —апожников ¬л.¬.,  равцов ё.ћ. “еори€ дискретных устройств ж.д. автоматики, телемеханики и св€зи. - ћ.: “ранспорт, 2001. - 368 с.
10. ћухопад ё.‘., ћухопад ј.ё., Ѕадмаева “.—. —амо-контролируемый автомат управлени€. - ѕатент –‘ є 63588. -Ѕ» є 15, 2007.
11. ћухопад ё. ‘. ћухопад ј.ё. ћетоды синтеза автоматов управлени€ на больших интегральных схемах // ѕроблемы информатики. - Ќовосибирск: —ќ–јЌ, 2011. -є 4. - —. 17-28.

пїњ