Общая структура последовательностного автомата.

Последовательностными автоматами называются управляющие устройства, выходные сигналы которых зависят не только от комбинации входных сигналов, имевших место в текущем такте технологического цикла, но и от комбинаций входных сигналов, имевших место в предыдущих тактах и повлиявших на внутреннее состояние автомата. Так, при перемещении рабочего органа станка по линейной траектории и достижении заданной точки рабочей зоны станка система программного управления переходит к выполнению нового кадра программы, в котором может быть задано опять же перемещение по линейной траектории, но в другом направлении и с другой скоростью. Сигналом к переходу на отработку нового кадра программы является в этом случае совокупность сигналов датчиков положения о достижении заданной точки в пространстве.

В простейших последовательностных автоматах, которые далее будем называть просто автоматами, программа работы жёстко закладывается в конструкцию автомата и определяет последовательность смены его состояний. Каждое состояние автомата характеризуется отличным от соседнего состояния способом реагирования на поступающие входные сигналы. Переход от одного состояния к другому определяется как комбинацией входных сигналов, так и конкретным состоянием, в котором находится автомат.

Самым простым способом смены состояний является случай, когда все состояния пронумерованы и их смена производится в порядке увеличения (или уменьшения) номеров. Запоминание состояний автомата обычно производится с помощью двоичных элементов памяти, таких как электронный триггер (см. вопрос 5.6) или электромагнитное реле. Число состояний М, которые можно запомнить с помощью совокупности из m таких элементов, достигает М = 2^m, так что число запоминающих элементов m определяют с помощью неравенства:

. (5.7)

Если обозначить через Х совокупность сигналов обратной связи (входных сигналов), поступающих от ТО, через Y – совокупность сигналов управления (выходных сигналов), подаваемых на ТО, а через Z – совокупность внутренних управляющих сигналов, отображающих текущее состояние автомата, то окажется, что одним и тем же значениям Х соответствуют различные значения Y, если при тех же X значения Z различны.

Общая структура последовательностного автомата приведена на рис.5.8. Автомат состоит из двух основных блоков: арифметико-логического устройства (АЛУ) и устройства формирования состояний (УФС). Блок АЛУ является комбинационной частью последовательностного автомата. Он производит заданные арифметические и логические операции над входными сигналами X^t и управляющими сигналами Z^t-1, причём у простейших автоматов производятся только логические операции.

Рис.5.8. Общая структура последова-

тельностного автомата.

Блок УФC, действуя посредством совокупности управляющих сигналов Z^t-1, задаёт операции, которые должно произвести АЛУ над входными сигналами X^t в текущем рабочем такте. Выходные сигналы АЛУ подразделяются на две группы: Y^t и Z^t, причём индекс t означает момент времени или номер такта, в котором были выработаны данные сигналы.

Сигналы Y^t – это управляющие сигналы, подаваемые на технологический объект, а сигналы Z^t – это внутренние управляющие сигналы, характеризующие внутреннее состояние автомата. Они поддаются совместно с некоторыми сигналами Y^t в УФС и там запоминаются. Затем эти сигналы обрабатываются в соответствии с действиями, предусмотренными очередным кадром управляющей программы (УП), и подаются на вход АЛУ после прихода очередного тактового импульса С на вход синхронизации. Синхронизация предотвращает подачу управляющих сигналов Z^t-1 до того, как они будут полностью сформированы в УФС. После того, как они сформируются и будут поданы в АЛУ, в УФС смогут поступить новые сигналы Z^t и Y^t – сигналы следующего такта управления. Следовательно, управляющие сигналы Z^t-1 на входе АЛУ относятся к предыдущему такту работы АЛУ, о чём свидетельствует индекс t–1.

У простейших автоматов внешняя УП после задания режима работы в УФС не поступает. Их поведение в технологическом цикле целиком определяется распределением сигналов Y^t и Z^t, которые поступают в УФС и там запоминаются. После подачи тактового импульса на вход С совокупность сигналов Z (часть которых может совпадать с выходными сигналами Y) поступает на входы АЛУ, задавая логические операции, которые оно должно совершить в течение нового рабочего такта.

У очень простых автоматов, работающих по принципу асинхронного управления, особый генератор тактовых импульсов отсутствует, а гонка импульсов прекращается тем, что при любых переходах из одного состояния в другое допускается изменение значения только одного сигнала из всей совокупности внутренних управляющих сигналов Z. В этом случае изменение очередного сигнала z_i из совокупности Z является как бы синхронизирующим импульсом, задающим функционирование АЛУ в новом такте t_i+1 работы автомата.

Алгоритмы последовательностного автомата удобно составлять исходя из структурной схемы, приведённой на рис.5.8. На этой схеме АЛУ является комбинационной частью автомата, а УФС включает в себя ЗУ, задающие посредством сигналов Z^t-1 режим работы АЛУ в каждом рабочем такте автомата в течение технологического цикла. В простейших автоматах сигналы Z^t-1 – это сигналы Z^t и, возможно, часть сигналов Y^t, сформированных в предыдущем такте автомата и запомненных в УФС. Следовательно, составление алгоритма простого автомата естественным образом разделяется на два этапа. На первом этапе составляется алгоритм функционирования АЛУ в виде:

,

по правилам составления комбинационных схем, а на втором этапе уточняются структура ЗУ в составе УФС и порядок формирования синхронизирующих импульсов. Функцию Y^t принято называть функцией выходов, а функцию Z^t – функцией переходов от состояния к состоянию автомата.