Файл: Курсовая работа по дисциплине Теория конечных автоматов.docx

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«МИРЭА – Российский технологический университет»

РТУ МИРЭА

Институт искусственного интеллекта

(наименование института, филиала)

Кафедра промышленной информатики

(наименование кафедры)

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине «Теория конечных автоматов»

Тема курсовой работы: «Разработка модели конечного автомата транспортной системы»

Студент группы: КВБО-02-21 Волков Максим Владиславович

(учебная группа, фамилия, имя, отчества студента) (подпись студента)

Руководитель курсовой работы: доцент, к.т.м. Берберова М.А.

(должность, звание, учебная степень) (подпись студента)

Работа представлена к защите «__» __________________ 2022 г.

Допущен к защите «__» ____________________ 2022 г.

Москва, 2022 г.

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «МИРЭА – Российский технологический университет»

	Утверждаю
	Заведующий кафедрой ПИ _________________ /Холопов В.А./ подпись ФИО
	«___» ____________ 2022 г.
ЗАДАНИЕ
на выполнение курсового проекта (работы) по дисциплине «Разработка модели конечного автомата транспортной системы»

---

Студент ___Волков М.В.___ Группа ___КВБО-02-21___
Исходные данные: Вариант 8 - количество расходных бункеров m = 2, количество приём­ных бункеров n = 2, количество транспортных контейнеров k = 4.

Перечень вопросов, подлежащих разработке, и обязательного графического материала: Составить полное описание работы заданного технологического процесса, структурировать и построить технологическую схему, описать функции состояний и переходов КА, со­ставить таблицу, построить граф состояний и значений их переходов. Осуществить прибор­ную реализации функций КА, сделать вывод о проделанной работе.

Срок представления к защите курсовой работы: до «___» ___________ 2022 г.

Задание на выполнение курсовой работы выдал ____________________ (Берберова М.А.) подпись руководителя Ф.И.О. руководителя

«___» _______________ 2022 г.

Задание на курсовую работу получил _____________________ (Волков М.В.)

подпись обучающегося Ф.И.О. исполнителя

СОДЕРЖАНИЕ

---

ВВЕДЕНИЕ

Конечный автомат является математической абстракцией управляющей системы (математическая модель) с фиксированным размером памяти и не спо­собным к увеличению в процессе работы. Он имеет внутренние элементы и входы, воспринимающий внешние воздействия, для которых существует фик­сированное число дискретных состояний, которые они способны принимать.

Изменение состояний внутренних элементов и входа происходит в дис­кретные моменты времени, интервалы между которыми называются тактами. Внутреннее состояние (состояние внутренних элементов) в конце такта полно­стью определено внутренним состоянием и состоянием входа в начале такта.

Для описания конечного автомата не имеет значение физическая природа его входов и внутренних состояний и вместо входов и состояний можно просто рассматривать их номера (или индексы) в произвольно выбранной нумерации (идентификации).

Приступая к разработке модели КАТС конечного автомата (КА) транс­портной системы (ТС) разработчик должен иметь определенный уровень под­готовки (компетенций) теоретических знаний, без которых практическая подго­товка (получение практических компетенций), первым этапом которой является моделирование – неосуществимо. Следует напомнить, что проектирование – это модель будущего материального объекта и в этом смысле моделирование и проектирования могут быть использованы как синонимы [1].

Чаще всего конечным автоматом называют детерминированную машину, распознающую цепочки символов (ДКА) и базирующуюся на основных посту­латах кибернетики - науки об общих закономерностях управления, которые бы­ли сформулированы, как считают историки, Винером в 1948г. При этом необ­ходимо построить (создать) соответствующие алгоритмы (предписания), теория которых тесным образом связана с теорией алгоритмов. Алгоритм в общем ви­де — это процедура преобразования всех возможных входных данных в соот­ветствии с требованиями, указанными в условиях задачи, в выходные данные. При этом описание конкретной задачи может отличаться от формулировки об­щей задачи.

При проектировании конечных автоматов важным является принятый способ ис­следования при описания математической модели. На этом этапе изу­чают пове­дение автомата при различных возмущающих воздействиях со сторо­ны окру­жающей среды и минимизируют число состояний автомата для работы по за­данному алгоритму. Этот подход называют также макроподходом. Для точной постановки задач анализа автомата и диагностирования его поведения исполь­зуют алгебру автоматных языков. Последняя предусматривает обобщен­ную по­становку и решение математического описания задачи, что зачастую для утилитарных задач это невозможно, требуется введение условий-ограничений и автомат при этом называется «Конечным». Иными словами, конкретным и ограниченным. Для точной постановки задач и синтеза структуры конечного автомата широко используют алгебру логики [3].

---

При построении сложных автоматов создают сеть из элементарных авто­матов, эквивалентную абстрактному автомату. Этот подход называют микро­подходом, а автомат – структурным. В их основе лежат машины, виртуально реализующие основные принципы обработки информации в системах вычисли­тельных комплексов. В машинах Тьюринга (1936г.) и автоматах фон Неймана. (1946 год) реализованы основные принципы, реализуемые сегодня при обра­ботке информации практически во всех системах вычислительных комплексов [2].

В данной курсовой работе акцент сделан на составлении полного описа­ния работы заданного технологического процесса, разработке схемы, ее струк­туризации, описании функции состояний и переходов КА, составлении табли­цы, построении графа состояний и значений их переходов.

Целью работы является полное изучение и описание конечного автомата, который должен обеспечить циклическую загрузку материала из трех верх­них (расходных) бункеров в три нижних (приемных) бункера под действием гра­витационных сил с помощью двух ленточных конвейеров.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Основные термины

Логические схемы — это схемы, реализующие определенные логические функции. Приборная реализация таких схем может иметь разное аппаратное исполнение от механических до макро и микро электронных.

Комбинационные схемы — это логические схемы, выходной сигнал кото­рых зависит только от состояния входных сигналов в каждый момент времени.

Последовательностные схемы - (или накапливающие схемы, содержа­щие элементы с память.) — это логические схемы, выходной сигнал которых за­висит как от входных сигналов, так и от состояния схемы в предыдущие мо­менты времени.

Логический элемент (вентиль) - комбинационная логическая схема, реа­лизующая одну из элементарных логических функций, базовые из которых: «И», «ИЛИ», «НЕ».

Логический оператор - элементарная логическая функция, реализуемая со­ответствующим комбинационным логическим элементом, т.е. вентилем.

Положительная логика работы логической схемы

---

– принцип логики, при котором высокому уровню сигнала ставится в соответствие логическая едини­ца, а низкому уровню - логический ноль.

Отрицательная логика работы логической схемы – принцип логики, при которой высокому уровню сигнала ставится в соответствие логический ноль, а низкому уровню - логическая единица.

Алгоритм – это предписание - конечная совокупность точно сформулиро­ванных правил решения решаемой задачи, или же точно описанная последова­тельность выполнения некоторых элементарных процедур, необходимая для получения данного результата.

Граф автомата - графическая схема, состоящая из узлов, соединенных вет­вями. Узлы отождествляют внутренние состояния автомата. Каждая ветвь от­мечается входным сигналом, вызывающим в автомате соответствующий дан­ной ветви переход, и выходным сигналом, который возникает при этом перехо­де.

Цифровой автомат — это дискретный преобразователь информации, спо­собный принимать различные состояния aj(t), переходить под воздействием входных сигналов xk(t), или команд программы решения задачи, из одного со­стояния в другое и выдавать выходные сигналы yz(t).

Цифровые автоматы могут быть с "жесткой", или схемной, логикой и с логи­кой, хранимой в памяти. Различают два класса автоматов: асинхронные и син­хронные.

Синхронный автомат характеризуется тем, что функционирует под управ­лением тактовых (или синхронизирующих) сигналов (ТС), имеющих постоян­ную длительность и постоянную частоту, если квантование времени выбрано равномерным. Такт времени ti совмещается с фронтом i-того сигнала ТС. Входные сигналы xk(t) могут воздействовать на автомат лишь при наличии сиг­нала ТС и не изменяются в течение его длительности. Когда рассматривается абстрактный автомат, то считается, что изменение внутренних состояний авто­мата aj(t) происходит в интервалы времени между смежными ТС, а выходные сигналы yz(t) формируются по фронту очередного ТС.

Асинхронный автомат - у этого автомата длительность интервала времени, в течение которого остается неизменным состояние входных сигналов xk(t), яв­ляется величиной переменной и определяется временем, которое необходимо автомату для установки соответствующих выходных сигналов yz(t) и заверше­ния перехода в новое состояние aj(t). Следовательно, асинхронный автомат должен формировать сигнал о завершении очередного такта, по которому те­кущие

---