Для обеспечения высошх темпов научно-технического прогресса необходимо повышение производительности труда в научных исследованиях. В повышении производительности труда немалая роль принадлежит автоматическим измерительньм системам и приборам, предназначенным для измерения, регистрации и обработки измерительной информации, заключенной в совокупности взаимосвязанных измеряемых величин.

Все большее количество величин измеряется автоматическими измерительными приборами (АИП) без участия оператора. ЛИПнеобходимы в местах, где невозможно или затруднено присутствие человека (в космосе, океане, земных глубинах); при рассредоточении объектов измерения; одновременных измерениях многих величин; длительных измерениях; измерениях по сложной программе; при измерении быстроизменяющихся величин [71].

В различных случаях — при измерении многих величин за малое время, косвенных и совокупных измерениях, при сложной обработке результатов измерения — исследователь не может выполнить свою задачу с помощью лишь одного автоматического и быстродействующего прибора. Для этих целей созданы измерительно-информационные системы (ИИС), которые автоматически измеряют одновременно много величин и обрабатывают результаты измерения.

Создаются измерительно-вычислительные комплексы, представляющие собой программно-управляемую совокупность измерительных и вычислительных устройств, предназначенных для выполнения группы родственных задач исследования сложных объектов.

В системах управления технологическими процессами и объектами исследования функции оператора все в большей степени передаются автоматическим измерительным устройствам.

Рассмотрим этот процесс по этапам развития систем управления технологическими процессами и систем исследования и испытания сложных объектов.

При использовании показывающих приборов (рис. В.1,а) операции регистрации, учета времени, обработки результатов измерения, выработки команд управления выполнялись оператором.

При использовании регистрирующих приборов (рис. В. 1,6) оператор освобождался только от операций регистрации и операций учета времени.

Измерительно-информационная система (рис. В.1,в) освобождает оператора и от регистрации, и от функций обработки результатов

измерения. Вместо множества отдельных приборов устанавливают необходимое количество первичных измерительных преобразователей — датчиков. Каждая измеряемая величина преобразуется в датчике в унифицированную величину, обычно в напряжение, которое подается через коммутатор на цифровой измерительный прибор.

Обработка результатов измерения выполняется вычислительным устройством, которое ранее по габаритным размерам и стоимости значительно превышало измерительное устройство. В настоящее время благодаря успехам интегральной технологии многократно уменьшились стоимость и габаритные размеры вычислительных устройств (компьютер CP), выполненных в виде микропроцессоров и микро-ЭВМ. Их габаритные размеры уменьшились настолько, что CP свободно размещаются внутри цифровых измерительных устройств. Габаритные размеры цифровых измерительных устройств определяются в настоящее время в основном габаритными размерами цифровых отсчет-ных устройств. Оператор при наличии ИИС продолжает выполнять только операцию выработки команд управления. Недостатком данной структуры управления (рис. В.1,в) является многопроводность канала связи, снижающего надежность и помехозащищенность, наличие коммутатора низкоуровневых аналоговых-сигналов, который также вносит заметные искажения в сигналы датчиков.

При использовании аяектронной вычислительной . машины (рис. В Л,г) оператор полностью освобождается от всех операций. Система управления технологическим процессом или объектом исследования становится более надежной, более просто перестраиваемой по режиму работы, более точной и быстродействующей.

Для удаленных объектов с большим числом датчиков появилась возможность выполнять системы управления без коммутаторов, с двухпроводным каналом связи. Для этого каждый датчик конструктивно объединяется с малогабаритным интегральным АЦП, выходы которых объединены в двухпроводный канал связи с вычислительным устройством СР. CP посылает по этому каналу кодовый адресный сигнал запроса, по которому данный АЦП отсылает в CP значение данного параметра- в виде последовательного кодового сигнала.

измерительно-вычислительным комплексом (ИВК) (рис. ВЛ,д) называется автоматизированное средство, представляющее собой программно-управляемую совокупность измерительных, вычислительных и вспомогательных устройств, предназначенную для контроля и испытаний сложных объектов. На основе одного ИВК с помощью программной перестройки возможна реализация конечного числа систем. В ИВК входит устройство ввода программ (УВП), перестраиваемые программно большинство агрегатов комплекса, развитая система устройств отображения информации — УОИ (цифропечать, магнитная запись, аналого-цифровые отображения, мнемонические устройства — дисплеи). Реализация измерительно-вычислительных комплексов стала

Рис. В. 1. Обобщенные структурные схемы управления технологическими процессами (ТП) и

исследуемыми объектами (ИО): с — с показывающими приборами; б — с регистрирующими приборами; в — с информациоино-изме-рительиой системой в виде машины цеитрализоваиного контроля; г — с автоматической управляющей машиной, работающей без оператора; в -с измерительно-вычислительным комплексом.

3.2. Второй закон Ньютона

 

(3.5)

Для этого прежде всего надо выяснить: что является одинаковым в данных опытах? Ответ очевиден: произведение массы частицы на ее ускорение m. Эту величину и естественно взять за определение силы. Учитывая, кроме того, что ускорение-вектор, будем считать и силу вектором, совпадающим по направлению с вектором ускорения .

Итак, в ньютоновой механике сила, действующая на тело массы m, определяется как произведение. Оправданием именно такого определения силы кроме соображений наибольшей простоты и удобства служит, конечно, только дальнейшая проверка всех вытекающих из него следствий.

Для того чтобы более тесно связать первый и второй законы механики Ньютона, удобно ввести в рассмотрение импульс частицы . Тогда первый закон может быть сформулирован так: существуют инерциальные системы отсчета (ИСО), где импульс частицы сохраняется при отсутствии действия других тел. Здесь учтено свойство постоянства массы. Именно оно позволяет представить произведение как производную импульса по времени , если масса тела неизменна. Изучая на опыте взаимодействие различных частиц с окружающими телами, мы обнаруживаем, что зависит от величин, характеризующих как состояние самой материальной точки, так и состояние окружающих тел. Это является весьма существенным физическим фактом, лежащим в основе одного из наиболее фундаментальных обобщений ньютоновой механики — второго закона Ньютона: произведение массы материальной точки на ее ускорение является функцией положения этой точки относительно окружающих тел, а иногда также и функцией ее cкорости. Эту функцию обозначают и называют силой.

Величина называется импульсом силы. Она характеризует действие силы на частицу и изменение ее импульса. Именно в этом и состоит фактическое содержание второго закона Ньютона, который кратко формулируют обычно таким образом: произведение массы материальной точки на ее ускорение равно действующей на нее силе, т. е.

 

сила есть производная импульса частицы по времени, т. е.

 

.

(3.6)

 

Это уравнение называют уравнением движения частицы. Сразу же подчеркнем, что второй закон Ньютона и уравнение получают конкретное содержание только после того, как установлен вид функции — зависимость от определяющих ее величин, или, как говорят, закон силы. Установление закона силы в каждом конкретном случае является одной из основных задач физической механики.

Определение силы как , лежащее в основе уравнения (3.6), обладает тем исключительным достоинством, что законы сил при этом оказываются очень простыми. Однако переход к изучению движений с релятивистскими скоростями показал, что законы сил потребовалось бы модифицировать, сделав их сложным образом зависящими от скорости материальной точки, если считать, что масса частицы — величина неизменная и определенная в ИСО, где частица покоится. Теория стала бы громоздкой и запутанной.

 

.

При таком определении силы (как ) законы сил, оказывается, остаются теми же и в релятивистской области. Так что простое выражение данной силы через физическое окружение изменять не потребуется при переходе к релятивистской механике. Первый и второй законы сохраняют свою формулировку. Это обстоятельство мы учтем в дальнейшем.

Рассмотрим сложение сил. На всякую частицу в данных конкретных условиях действует, строго говоря, всего только одна сила , модуль и направление которой определяются расположением этой точки относительно всех окружающих тел, а иногда также и ее скоростью. Но эта сила может быть результатом взаимодействия одновременно с несколькими телами.

 

где — сила, с которой действовало бы на данную материальную точку i-е тело в отсутствие других тел.

Если это так, то говорят, что силы ,… подчиняются принципу суперпозиции. Такое утверждение надо рассматривать как обобщение опытных фактов.