ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
NGUYỄN THỊ THANH THOAN
HỆ THỐNG THỜI GIAN THỰC VÀ
ỨNG DỤNG CÁC MẪU TRONG THIẾT KẾ
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Hà Nội - 2007
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
--------------
Nguyễn Thị Thanh Thoan
HỆ THỐNG THỜI GIAN THỰC VÀ
ỨNG DỤNG CÁC MẪU TRONG THIẾT KẾ
Chuyên ngành
: Công nghệ phần mềm
Mã số
: 68.40.10
LUẬN VĂN THẠC SỸ
1.6.4.1 Hệ thống radar .......................................................................................27
1.7 Một số hệ thống thời gian thực điển hình ............................................................30
1.7.1 Hệ thống giám sát .........................................................................................31
1.7.2 Hệ thống điều khiển......................................................................................32
1.7.3 Hệ thống thu nhận dữ liệu ............................................................................33
Chƣơng 2: PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HƢỚNG MẪU ......................35
2.1 Mẫu thiết kế .........................................................................................................35
2.1.1 Khái niệm về mẫu .........................................................................................35
2.1.2 Vai trò của mẫu trong phát triển phần mềm .................................................36
2.1.3 Vòng đời của một mẫu .................................................................................37
2.1.4 Một số mẫu cho hệ thời gian thực ................................................................38
2.1.4.1 Mẫu hành vi Observer ...........................................................................38
2.1.4.2 Mẫu chiến lƣợc ......................................................................................40
2.1.4.3 Mẫu ngắt ................................................................................................41
2.1.4.4 Mẫu luân chuyển Robin ........................................................................43
2.2 Phân tích thiết kế hƣớng mẫu - POAD ................................................................45
2.3.1 Mục tiêu của POAD .....................................................................................45
2.2.2 Những vẫn đề của POAD .............................................................................45
2.2.3 Phân tích hƣớng mẫu ....................................................................................46
2.3.3.1 Tổng quan ..............................................................................................46
2.2.3.2 Mục đích của việc phân tích hƣớng mẫu...............................................48
2.2.3.3 Phân tích các yêu cầu ............................................................................48
2.2.3.4 Làm quen bƣớc đầu ...............................................................................49
2.2.3.5 Tìm và lấy ra các mẫu ...........................................................................49
2.2.3.6 Lựa chọn mẫu ........................................................................................50
2.2.4 Thiết kế hƣớng mẫu ......................................................................................51
2.2.4.1 Tổng quan ..............................................................................................51
2.2.4.2 Mục đích của việc thiết kế hƣớng mẫu ................................................51
3.5 Một số giao diện chƣơng trình ............................................................................85
KẾT LUẬN ...................................................................................................................89
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................90
Các thuật ngữ và các từ viết tắt
Viết tắt
Tên đầy đủ
Ý nghĩa
A/D
Analog / Digital
Bộ chuyển đổi tương tự - số
ATC
Air Traffic Control
Điều khiển máy bay lên xuống
CSDL
Cơ sở dữ liệu
D/A
POAD
Pattern Oriented Analys
and Design
Phân tích và thiết kế hướng mẫu
RTS
Real Time System
Hệ thời gian thực
RUP
Rational Unified Process
Tiến trình thống nhất của Rational
SRT
Soft Real Time
Thời gian thực mềm
UML
Unified Modeling Language
Hình 3.2. Biểu đồ hoạt động tiến trình nghiệp vụ “Điều khiển đóng – mở cửa” .....68
Hình 3.3. Biểu đồ hoạt động tiến trình nghiệp vụ “Cảnh báo nguy cơ hỏa hoạn” ...69
Hình 3.4. Biểu đồ miền lĩnh vực ...............................................................................70
Hình 3.5 Mô hình ca sử dụng mức tổng quát ............................................................72
Hình 3.6: Biểu đồ ca sử dụng gói “Quản trị hệ thống” ............................................73
Hình 3.7: Biểu đồ ca sử dụng “Kiểm soát vào ra” ....................................................75
Hình 3.8: Mô hình gói ca sử dụng “Cảnh báo hỏa hoạn” .........................................76
Hình 3.9: Biều đồ ca sử dụng gói “Quản lý vận hành” .............................................78
Hình 3.10. Biểu đồ lớp của các lớp đối tượng chính ...............................................81
Hình 3.11. Biểu đồ lớp cập nhật bảng phân quyền sử dụng mẫu chiến lược............82
Hình 3.12. Biểu đồ lớp thiết kiểm soát vào ra theo mẫu quan sát ............................83
Hình 3.13 Biểu đồ lớp mức mẫu “Xử lý hỏa hoạn” .................................................84
Hình 3.14 Biểu đồ lớp cho ca sử dụng giám sát truy nhập và ghi nhật ký ...............85
Hình 3.15 Giao diện đăng nhập hệ thống ..................................................................85
Hình 3.16 Giao diện vào ra hệ thống .......................................................................86
Hình 3.17 Giao diện cảm ứng nhiệt độ .....................................................................86
Hình 3.18 Giao diện quan sát nhiệt độ ......................................................................87
Hình 3.19 Giao diện lựa chọn chiến lược cập nhật ...................................................87
Hình 3.20 Giao diện cập nhật trực tiếp .....................................................................88
Hình 3.21 Giao diện cập nhật từ tệp .........................................................................88
MỞ ĐẦU
Ngày nay, hầu hết các tương tác tính toán trong nhiều hệ thống trên máy tính đều
tíến hành theo thời gian thực như các hệ thống điều khiển phản hồi, hệ thống giám sát,
các hệ thống điều khiển tự động... Các hệ thống trên thường phải đáp ứng được các sự
kiện trong thế giới thực về mặt thời gian khi tương tác với môi trường bên ngoài.
Có rất nhiều phương pháp được dùng để phân tích thiết kế phần mềm này như:
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỜI GIAN THỰC
1.1. Khái niệm về hệ thời gian thực [1]
Hầu hết các bộ xử lý được dùng để điều khiển các máy tính cá nhân đơn giản cho
đến toàn bộ các hệ thống máy móc trong các nhà máy. Những hệ thống này tương tác
trực tiếp với các thiết bị phần cứng. Phần mềm trong những hệ thống này được gọi là
hệ thời gian thực nhúng (Embedded Real Time System). Nó thực hiện các xử lý để đáp
ứng lại với các sự kiện phát sinh từ các phần cứng bằng cách tạo ra các tín hiệu điều
khiển gửi đến các thiết bị phần cứng nhằm đáp ứng những sự kiện của môi trường.
Những phần mềm này được nhúng vào trong hệ thống phần cứng hay hệ thống lớn hơn
và phải sản ra các tín hiệu điều khiển trong khoảng thời gian thực xác định để đáp ứng
được các sự kiện phát sinh từ môi trường của hệ thống.
Như vậy, một hệ thời gian thực là một hệ thống mà hoạt động hiệu quả của nó
không chỉ phụ thuộc vào sự chính xác của kết quả tạo ra mà còn phụ thuộc vào thời
điểm đưa ra kết quả. Hệ thống sẽ là thất bại mỗi khi các yêu cầu về thời gian và mức
độ đáp ứng không được thoả mãn. Hình 1.1 [5] mô tả mức độ đáp ứng kịp thời của hệ
thống theo bốn yêu cầu khác nhau.
Sự kiện
Sự kiện
Phản ứng
T
T
ts
Thời gian
Thời gian
c) Chậm nhất là ... t ≤ tp
ts
tp
Thời gian
d) Sớm nhất là ... t ≥ tp
Hình 1.1: Các mức đáp ứng sự kiện về mặt thời gian
12
Các hệ thời gian thực khác với các phần mềm khác là những chức năng đáp ứng
của hệ thống đối với các sự kiện của môi trường trong một khoảng thời gian nhất định
(thường là khoảng thời gian ngắn). Do vậy người ta định nghĩa hệ thời gian thực (Real
Time System - RTS) như sau:
Một hệ thời gian thực là một hệ thống mà trong đó tính đúng đắn của nó không
chỉ phụ thuộc vào các kết quả logic được tạo ra mà còn phụ thuộc vào thời điểm mà
tại đó các kết quả được đưa ra.[10]
Nhiều thay đổi của các sự kiện trong thế giới thực thường xảy ra rất nhanh, mỗi
hệ thống thời gian thực giám sát các sự kiện này phải thực hiện việc xử lý và đưa ra
kết quả trong một khoảng thời gian bắt buộc gọi là một hạn định hay thời điểm kết
thúc (deadline). Khoảng thời gian này được xác định từ thời gian bắt đầu và thời gian
hoàn tất công việc. Trong thực tế, nhiều yếu tố kích thích xảy ra trong khoảng thời
gian rất ngắn, ví dụ vào khoảng vài mili giây, và khi đó thời gian mà hệ thống cần đáp
1.2.1 Hệ thời gian thực cứng
Trong một số hệ thống được quan tâm đặc biệt đến các hậu quả do sự vi phạm
giới hạn về thời gian cho phép. Những hậu quả này có thể rất tồi tệ. Nó mang lại
những thiệt hại nặng nề về vật chất, và có thể gây ra những ảnh hưởng to lớn đến sinh
mạng con người. Một ví dụ cho loại hệ thống này như việc ra lệnh dừng tàu đã không
được thực hiện đúng lúc để tàu đi băng qua ga sẽ là nguyên nhân dẫn đến một tai nạn
thảm khốc, hay việc điều khiển ném bom xảy quá chậm có thể nổ vào dân thường thay
vì nổ đúng mục tiêu của một căn cứ quân sự đối phương. Chính vì vậy, người ta đưa ra
định nghĩa về hệ thời gian thực cứng như sau:
Một hệ thời gian thực cứng là một hệ thống mà hoạt động không đúng đắn của
nó sẽ để lại hậu quả nghiêm trọng [10]. Do đó hệ thời gian thực cứng buộc phải đưa ra
các kết quả chính xác trong khoảng thời gian nhất định đã cho.
Ví dụ: Một đoàn tàu điều khiển tự động không thể dừng lại ngay lập tức. Khi có
tín hiệu dứng, hành động phanh lại của nó phải được kích hoạt từ một khoảng cách xác
định trên đường ray từ cổng tín hiệu đến vị trí nó phải dừng. Khoảng cách phanh này
phụ thuộc không chỉ vào tốc độ của con tàu mà còn vào hệ số an toàn của bộ phanh
giảm tốc độ. Từ tốc độ và sự giảm tốc độ an toàn của tàu, bộ điều khiển có thể tính
toán ra thời gian bắt buộc tàu cần hãm phanh và cường độ phanh yêu cầu trước điểm
cần dừng bao xa. Thời gian giới hạn bắt buộc này chính là thời gian sự cưỡng bức để
hoàn thành các công việc như là quan sát, xử lý tín hiệu dừng và kích hoạt phanh. Vì
vậy, sự cưỡng bức thời gian này phải là cứng mới đảm bảo sự dừng đúng vị trí của con
tàu.
1.2.2 Hệ thời gian thực mềm
Ngược lại với hệ thời gian thực cứng là hệ thời gian thực mềm. Kết quả đưa ra
của một hệ thống cho phép một sai số nhất định cả về giá trị và thời gian so với
khoảng thời gian dự kiến. Tuy nhiên, nếu sự sai lệch này không được đảm bảo nó cũng
không gây ra điều gì nghiêm trọng.
Đối với hệ thời gian thực mềm, thời gian đáp ứng của hệ thống với yếu tố kích
kiện diễn ra.
Tính tiền định: Dự đoán trước được thời gian phản ứng tiêu biểu, thời gian phản ứng
chậm nhất cũng như trình tự đưa ra các phản ứng. Phải lập lịch cho các sự kiện.
1.4 Cấu trúc thành phần của một hệ thời gian thực
Baker và Scallon (1986) đã trình bày một thảo luận hay về các yêu cầu thiết bị
cho hoạt động thời gian thực. Cooling (1991) cũng đề cập tới vấn đề này, và thảo luận
tóm tắt về sản phẩm hoạt động thời gian thực thương mại. Các yêu cầu riêng cho hệ
thời gian thực thường là yêu cầu phần thực thi cần được thiết kế như là một phần của
hệ thống.
15
Các thành phần của một RTS [11] (hình 1.3) phụ thuộc vào kích cỡ và sự phức
tạp của hệ thời gian thực được xây dựng. Thông thường, với mọi hệ thời gian thực (trừ
những hệ thống đơn giản) đều có các thành phần sau:
Thông tin
lập lịch
Đồng hồ thời
gian thực
Lập lịch
Điều khiển ngắt
Xử lý các yêu cầu
về tài nguyên
Tài nguyên
16
3. Một bộ lập lịch (scheduler): thành phần này có nhiệm vụ kiểm tra tiến trình
những phần có thể được thực hiện và chọn ra một ra một thành phần trong số
chúng đề thực hiện.
4. Một bộ quản lý tài nguyên (resource manager): phân phối một số tài nguyên về
bộ nhớ và bộ xử lý cho một tiến trình đã được sắp lịch thực hiện.
5. Bộ điều vận (despatcher): thành phần này được phân nhiệm vụ để khởi động sự
thực thi của một tiến trình.
Các hệ thống cung cấp dịch vụ liên tục, như hệ thống viễn thông và hệ thống
giám sát thường có các yêu cầu về độ tin cậy cao. Chúng có thể còn cần đến những
khả năng thực thi khác nữa như là:
6. Quản lý cấu hình (configuration manager): Bộ phận này cho phép thiết lập lại cấu
hình động của phần cứng hệ thống (Kramer và Magee,1985). Ví dụ như: một đơn
vị phần cứng không còn phù hợp với hệ thống. Do đó, hệ thống cần được nâng
cấp bằng việc thêm hay thay bằng một phần cứng mới mà không cần phải ngừng
hoạt động của toàn hệ thống.
7. Quản lý lỗi (fault manager): Bộ phận này có nhiệm vụ tự tìm lỗi gây ra từ phần
cứng và phần mềm và tiến hành những hoạt động thích hợp để khôi phục lại
trạng thái ổn định từ những trạng thái lỗi đó.
Hệ thống thời gian thực thường xử lý các tác nhân kích thích với các mức ưu tiên
khác nhau. Các tác nhân như là các sự kiện đặc biệt mà thời gian xử lý cần thiết phải
được hoàn thành trong khoảng thời gian xác định. Những bộ xử lý khác được đặt trong
một độ trễ an toàn. Do đó, hoạt động của một hệ thống thời gian thực phải quản lý tối
thiểu hai mức ưu tiên sau cho các tiến trình hệ thống:
1. Mức ngắt (interrupt level): đây là mức ưu tiên cao nhất. Nó là một đặc trưng
dùng để phân biệt các hệ thống thời gian thực với các kiểu hệ thống khác.
2. Mức đồng hồ (clock level): mức này chỉ ra sự ưu tiên của một tiến trình đã xác
định trước và được thực hiện theo thời gian định kỳ tính được từ đồng hồ.
pháp lập lịch.
Chờ tới chu kỳ
Chờ sự kiện
Sự kiện
Thời gian
Mã thực thi
Mã thực thi
Tác vụ mặc định
Ví dụ:
- Điều khiển logic
- Kiểm tra lỗi
Tác vụ tuần hoàn
Ví dụ:
- Điều khiển vòng kín
- Xử lý truyền thông
Mã thực thi
Tác vụ sự kiện
Ví dụ:
- Điều khiển trình tự
- Xử lý sự cố
Hình 1.4: Các kiểu tác vụ theo chuẩn IEC 61131-3
Bộ cảm
biến
Bộ cảm
biến
Bộ cảm
biến
Bộ cảm
biến
Hệ thống điều khiển
thời gian thực
Bộ thao
tác
Bộ thao
tác
Bộ thao
tác
Hình 1.5: Mô hình chung của hệ thời gian thực
Bộ thao
tác
Chương trình bị ngắt
Xác định bản chất ngắt
Thực hiện dịch vụ ngắt
Khôi phục trạng thái của
chương trình khi bị ngắt
Tiếp tục thực hiện chương
trình khi bị ngắt
Hình 1.6 Mô hình xử lý ngắt
Cách tiếp cận tổng thể với xử lý ngắt được minh họa trong hình 1.6. Luồng xử
lý thông thường bị “ngắt” bởi một sự kiện được bộ xử lý phát hiện ra từ phần cứng nào
đó. Một sự kiện là bất kỳ một sự xuất hiện nào đòi hỏi được đáp ứng ngay lập tức và
20
sự đáp ứng đó có thể được sinh ra bởi phần cứng hoặc phần mềm. Trạng thái của
chương trình bị ngắt được lưu trữ và điều khiển được chuyển cho dịch vụ ngắt, tức là
chuyển tới một phần mềm thích hợp để xử lý ngắt. Khi hoàn thành xong nhiệm vụ ngắt
thì trạng thái của máy lại được khôi phục và luồng xử lý dở dang (thông thường) lại
được tiếp tục.
Trong nhiều tình huống, bản thân dịch vụ ngắt cho một sự kiện có thể lại bị ngắt
bởi một sự kiện khác, có mức ưu tiên cao hơn. Mức ưu tiên ngắt (Hình 1.7) có thể
được thiết lập. Nếu một tiến trình có mức ưu tiên thấp ngẫu nhiên được phép ngắt bởi
một tiến trình có mức ưu tiên cao thì có thể khó chạy lại các tiến trình theo đúng trật tự
và có thể làm phát sinh chu trình vô hạn.
Mức ưu tiên ngắt
trong hệ thống mà vẫn đáp ứng các ràng buộc thời gian thì hệ thống phải quyết định
theo sơ đồ hành động. Một sơ đồ có thể bao gồm việc đặt dữ liệu vào bộ đệm để nó có
thể được xử lý nhanh chóng khi hệ thống sẵn sàng.
21
1.5.2 Quản lý tiến trình
Quản lý tiến trình trong hoạt động thời gian thực đề cập tới việc quản lý một tập
các tiến trình cùng thực hiện. Đó là một phần của hệ thời gian thực. Quản lý tiến trình
cần chọn ra một tiến trình để thực hiện tại một thời điểm, phân chia bộ nhớ và tài
nguyên xử lý cho các tiến trình đó và bắt đầu thực hiện nó trên một bộ xử lý.
Tiến trình định kỳ là tiến trình cần được thực hiện sau một khoảng thời gian xác
định đã cho giữa hai tiến trình với dữ liệu thu được và Bộ thao tác điều khiển. Sự hoạt
động này sử dụng đồng hồ thời gian thực để quyết định thời điểm một tiến trình được
thực hiện. Trong một hệ thời gian thực sẽ có một số lớp tiến trình định kỳ. Sẽ có sự
khác nhau giữa thời gian thực hiện và hạn định. Khi thực hiện cần chọn tiến trình thích
hợp để thực thi ở bất cứ thời điểm nào.
Đồng hồ thời gian thực được cấu hình là những tiếng “tick” theo chu kỳ, mà
khoảng cách giữa những lần “tick” là vài mili giây. Đồng hồ “tick” khởi tạo một mức
ngắt tiến trình sau khi lập lịch quản lý tiến trình cho các tiến trình định kỳ. Tiến trình
mức ngắt thường không hồi đáp cho sự quản lý tiến trình định kỳ bởi vì việc xử lý ngắt
cần được hoàn thành nhanh nhất có thể.
Bộ lập lịch
Quản lý tài nguyên
Chọn tiến trình cho
thực hiện
trình được lên lịch thực hiện, nó được tiến hành cho đến khi kết thúc hoặc đến
khi bị chặn vì một số lý do nào đó, chẳng hạn như là chờ đầu vào. Đây là nguyên
nhân của vấn đề khi có tiến trình với những sự ưu tiên khác nhau và tiến trình có
ưu tiên cao cần chờ cho đến khi tiến trình có ưu tiên thấp kết thúc.
2. Lập lịch ưu tiên trước (pre-emptive sheduling): Hoạt động của một tiến trình có
thể bị dừng lại nếu một tiến trình có yêu tiên cao hơn yêu cầu phụ vụ. Tiến trình
ưu tiên cao hơn dành quyền thực hiện trước tiến trình có ưu tiên thấp hơn và
được chỉ định tới một bộ xử lý.
Thực hiện các chiến lược này, có các thuật toán lập lịch khác nhau được phát
triển. Các thuật toán này bao gồm sự lập lịch Round - Robin, ở đó mỗi tiến trình được
thực hiện vòng quanh, tốc độ lập lịch đều đều. Khi đó tiến trình với khoảng thời gian
ngắn nhất được cấp phát cho mức ưu tiên ngắn nhất (Burns và Wellings,1997). Mỗi
phương án lập lịch trên đây đều có mặt ưu và nhược khác nhau. Tuy nhiên, do giới hạn
của luận văn nên không đủ điều kiện đề cập ở đây.
Thông tin về tiến trình thực hiện được chuyển tới bộ phận quản lý tài nguyên. Bộ
phận quản lý tài nguyên phân phối bộ nhớ và một bộ xử lý (trong hệ đa xử lý) cho tiến
trình này. Sau đó, tiến trình được đặt vào trong danh sách các tiến trình sẵn sàng cho
thực hiện (Ready list). Khi một bộ xử lý kết thúc việc thực thi một tiến trình và được
giải phóng thì bộ điều vận sẽ tìm kiếm trong danh sách sẵn sàng để tìm một tiến trình
có thể được thực thi trên đó và bắt đầu thực hiện.
1.6 Một số ứng dụng tiêu biểu của hệ thời gian thực
Những ứng dụng điển hình về hệ thời gian thực bao gồm điều khiển tín hiệu số,
điều khiển tối ưu, điều khiển lệnh, xử lý tín hiệu, và hệ thống kết nối điện thoại.
23
1.6.1 Điều khiển tín hiệu số
Có thể nói, tất các các hệ thống điều khiển là hệ thời gian thực. Ngược lại, một số
D/A
A/D
u(t)
y(t)
Bộ thao
tác
Plant
Bộ thao
tác
Hình 1.9. Một bộ điều khiển số
Một số hệ thống thời gian thực đã được nhúng vào trong bộ cảm biến và các bộ
thao tác với chức năng là những bộ điều khiển số. Hình 1.9 cho ta một hệ thống như
24
vậy. Thuật ngữ plant trong sơ đồ khối dùng để chỉ một hệ thống được điều khiển, ví dụ
như: động cơ, phanh xe, máy bay hay người bệnh. Từ dữ liệu đọc được của bộ cảm
biến về trạng thái hiện thời của plant, hệ thời gian thực tiến hành ước lượng và tính
toán dữ liệu đầu ra cho điều khiển (control output) căn cứ vào sự khác nhau giữa trạng
thái hiện tại và trạng thái mong muốn (còn được gọi là dữ liệu đầu vào tham chiếu reference input). Chúng ta gọi sự tính toán này là tính toán luật điều khiển của bộ điều
khiển. Đầu ra này sinh ra các hoạt động của bộ thao tác nhằm làm cho plant đến gần
hơn với trạng thái mong muốn
25
thời gian dự kiến. Tốc độ bay, góc quay, mức độ lên /xuống ... sẽ là những đòi hỏi mà
đường bay được chọn cần tuân theo và là đầu vào tham chiếu cho bộ điều khiển bay ở
mức cao nhất của hệ thống điều khiển phân cấp.
Nhìn chung sẽ có vài mức điều khiển cao hơn. Giả sử lấy hệ thống điều khiển
robot nhằm thi hành các nhiệm vụ lắp ghép trong một nhà máy làm ví dụ. Người lập
kế hoạch đường đi và hành trình tại mức hai xác định hành trình mà mỗi robot công
nghiệp cần phải theo. Những người lập kế hoạch này thường lấy đầu vào chính là kế
hoạch được người lập kế hoạch tác nghiệp tạo ra, mà họ đã chọn một trình tự các
bước để thực hiện. Trong hệ thống điều khiển robot trong không gian, có thể có một
người thiết kế kịch bản, họ xác định một nhiệm vụ cần chuẩn bị hay tiến hành sẽ được
thực hiện như thế nào. Kế hoạch này được người lập kịch bản tạo ra và là một đầu vào
cho người lập kế hoạch tác nghiệp.
Các lệnh
Các đáp ứng
Giao diện
Từ các Bộ
cảm biến
Bộ điều khiển
lưu không
Trạng thái
Trạm ảo
Sự chuyển động
Ví dụ như hệ thống điều khiển máy bay lên xuống (Air Traffic Controller ATC). Những ràng buộc cần phải thỏa mãn với đường bay đã chọn bao gồm một số
áp đặt bởi các đặc trưng của chuyến bay, như là tốc độ quay và tỉ lệ lên/xuống lớn nhất
và nhỏ nhất cho phép, cũng như các hạn chế đặt ra từ các nhân tố bên ngoài như là
kiểm tra mặt đất và hiện trạng dữ liệu mà hệ thống điều khiển đưa ra cùng điều kiện
thời tiết. Một đường bay mong muốn nhất là đường bay có hiệu xuất sử dụng nhiên
liệu hiệu quả nhất trong số tất cả các đường bay đáp ứng được rằng buộc này và sẽ đưa
chuyến bay tới lần hạ cánh tiếp theo vào thời điểm đã được thiết kế. Vấn đề này được
hiểu như là một vấn đề có ràng buộc về thời gian cố định và sử dụng nhiên liệu tối
thiểu. Khi mà chuyến bay gặp sự cố thì hệ thống điều khiển bay có thể cố gắng cho
chuyến bay tới điểm hạ cánh trong thời gian ngắn nhất. Trong trường hợp đó nó sẽ sử
dụng thuật toán giải quyết vấn đề tối ưu về thời gian.
Những người điều khiển giám sát hệ phức tạp và hệ thống điều khiển là những tổ
chức phân cấp điển hình. Có thể có nhiều bộ điều khiển tín hiệu số ở mức độ thấp nhất
điều khiển trực tiếp thiết bị vật lý. Mỗi dữ liệu ra của bộ điều khiển mức độ cao là dữ
liệu tham chiếu đầu vào của những bộ điều khiển mức thấp hơn. Với một vài ngoại lệ,
có thể có nhiều bộ điều khiển ở mức độ cao giao tiếp trực tiếp với người điều khiển.
1.6.3 Điều khiển lệnh
Bộ điều khiển ở mức cao của bộ điều khiển phân cấp là hệ thống điều khiển
lệnh. Một hệ thống điều khiển giao thông hàng không ở trên là một ví dụ hoàn hảo.
Hình 1.10 cho thấy kiến trúc của nó.
Đầu vào của hệ thống ATC giám sát máy bay trong vùng nó được quản lý và
phân tích môi trường xung quanh (như điều kiện thời tiết) và đưa ra các thông tin cần
thiết cho người điều hành.
Copyright: Tài liệu đại học ©