Классификация автоматов. Теория автоматов: принципы работы, классификация и применение

Что такое теория автоматов. Как работают автоматические выключатели. Какие бывают типы и классы автоматов. Где применяется теория автоматов. Какие ученые внесли вклад в развитие этой области.

Содержание

Что такое теория автоматов и ее основные принципы

Теория автоматов — это раздел теоретической информатики, изучающий абстрактные вычислительные устройства (автоматы). Она исследует принципы работы и возможности различных типов автоматов.

Основные принципы теории автоматов:

Автомат имеет конечное число внутренних состояний
Переходы между состояниями происходят под действием входных сигналов
Выходные сигналы автомата зависят от его текущего состояния
Работа автомата полностью определяется его внутренней структурой и входными сигналами

Как работает простейший автомат? Он получает входной сигнал, переходит в новое состояние согласно функции переходов и выдает выходной сигнал. Этот цикл повторяется, пока поступают входные сигналы.

Классификация автоматов в теории автоматов

Существует несколько основных типов автоматов, изучаемых в теории:

Конечные автоматы

Это простейший вид автоматов. Они имеют конечное число состояний и не используют дополнительную память. Примеры: турникет, торговый автомат.

Автоматы с магазинной памятью

Расширение конечных автоматов. Используют стек для хранения данных. Применяются для разбора формальных языков.

Машина Тьюринга

Наиболее мощная модель вычислений. Имеет неограниченную ленточную память. Способна решать любые алгоритмически разрешимые задачи.

Применение теории автоматов на практике

Где используются принципы теории автоматов в реальной жизни?

Проектирование цифровых схем и микропроцессоров
Разработка компиляторов и интерпретаторов языков программирования
Создание систем искусственного интеллекта
Моделирование биологических систем
Криптография и защита информации

Можно ли применить теорию автоматов для защиты электрических цепей? Да, автоматические выключатели работают по принципам, схожим с конечными автоматами.

Автоматические выключатели как пример применения теории автоматов

Автоматические выключатели — это устройства защиты электрических цепей от перегрузок и коротких замыканий. Как они связаны с теорией автоматов?

Автомат защиты можно представить как конечный автомат с двумя состояниями:

Включено — цепь замкнута, ток течет
Выключено — цепь разомкнута, ток не течет

Переход между состояниями происходит при превышении тока заданного значения. Это соответствует принципам работы автоматов в теории.

Типы и классы автоматических выключателей

Какие бывают типы автоматов защиты? Основные виды:

Модульные автоматические выключатели — для бытовых и офисных сетей
Силовые автоматические выключатели — для промышленных сетей
Дифференциальные автоматы — защищают от утечек тока

По характеристике срабатывания автоматы делятся на классы:

B — срабатывают при 3-5 кратном превышении номинального тока
C — при 5-10 кратном превышении
D — при 10-20 кратном превышении

От чего зависит выбор класса автомата? От типа нагрузки в цепи. Для освещения подойдет класс B, для двигателей — класс D.

Вклад ученых в развитие теории автоматов

Кто из ученых внес наибольший вклад в становление теории автоматов?

Алан Тьюринг — предложил абстрактную вычислительную модель (машина Тьюринга)
Джон фон Нейман — исследовал самовоспроизводящиеся автоматы
Стивен Клини — разработал теорию регулярных языков и выражений
Майкл Рабин — изучал вероятностные автоматы

Их работы заложили фундамент современной теории автоматов и ее практических приложений.

Перспективы развития теории автоматов

Какие направления теории автоматов активно развиваются сегодня?

Квантовые автоматы — используют принципы квантовой механики
Нейронные сети — моделируют работу мозга
Эволюционные автоматы — способны к самообучению
Гибридные системы — сочетают дискретные и непрерывные процессы

Эти новые модели расширяют возможности классической теории и находят применение в современных технологиях.

Ограничения теории автоматов

С какими ограничениями сталкивается теория автоматов?

Проблема остановки — невозможно алгоритмически определить, остановится ли произвольный автомат
Экспоненциальный рост сложности — некоторые задачи требуют слишком много ресурсов
Недетерминированность — не все реальные процессы можно смоделировать детерминированными автоматами

Как преодолеваются эти ограничения? Разрабатываются новые модели автоматов и методы анализа, применяются вероятностные подходы.

⚡ Классификация автоматических выключателей

В этой статье расскажем о назначении и отличиях между автоматическими выключателями бытового (и аналогичного) назначения и общего назначения

Заказать проверку автоматов

Классификация автоматических выключателей

Вызвать лабораторию!

Автор: Валерий Карпов

Инженер электроизмерительной лаборатории «ЭлектроЗамер»

Автоматические выключатели делятся на две основные группы: автоматические выключатели бытового и аналогичного назначения и автоматические выключатели общего назначения. Ниже мы рассмотрим основные характеристики этих автоматов.

Автоматические выключатели бытового и аналогичного назначения

Основные параметры защиты этих автоматов определяются номинальным током (уставкой) In аппарата защиты и его характеристикой. Данные выключатели выпускаются в соответствии с ГОСТ Р 50345-2010 (МЭК 60898-1:2003).

Модульные автоматы бытового назначения

Характеристика автомата определяет зависимость токов срабатывания электромагнитного расцепителя мгновенного действия и, соответственно, область применения данного типа автомата. Хар-ка обозначается латинскими буквами AB, A, B, C, D, K, L, Z. Наибольшее распространение в быту получили автоматические выключатели с хар-ками B, C, D. Ранее в электроустановках ЖКХ часто применялись автоматы с хар-кой L, токи срабатывания которых укладывались в диапазон токов автоматов с характеристикой C.

Зависимость токов мгновенного расцепителя от номинального тока (уставки) In аппарата защиты и его характеристики указана в следующей таблице:

Для чего предназначены автоматические выключатели с различными характеристиками?

Итак, для чего же нужно столько разных видов автоматических выключателей с различными характеристиками? Рассмотрим типовые (рекомендуемые) варианты применения вышеуказанных автоматов.

MA – характеризуется отсутствием теплового расцепителя, параметры мгновенного расцепителя соответствует характеристике A. Рекомендуется для защиты от токов короткого замыкания цепей, имеющих отдельную защиту от токов перегрузки. Например, цепей питания электродвигателей с установленными в них максимально-токовыми реле.
A – характеризуется минимальными токами срабатывания. Рекомендуется для защиты отходящих линий большой протяженности и полупроводниковых устройств.
B – рекомендуется применения в осветительных цепях общего назначения, но не подходят для цепей, имеющих много приборов с импульсными блоками питания (например, светодиодное освещение), так как многие блоки имеют значительный пусковой ток.
C – как правило используется в цепях общего назначения с умеренными пусковыми токами (например, для питания бытовых приборов).
D – рекомендуется для защиты цепей с наличием активно-индукционной нагрузкой (например, цепей питания электродвигателей). Также могут использоваться для обеспечения селективности защиты распределительных сетей, когда по каким-либо причинам нельзя повышать/понижать номинальный ток аппарата защиты.
K – устанавливается в цепях с выраженной индуктивной нагрузкой.
L – используется в электроустановках ЖКХ.
Z – рекомендуется для защиты цепей питания электронных устройств.

Автоматические выключатели общего назначения

Основные параметры защиты этих автоматов аналогичны параметрам автоматических выключателей бытового и аналогичного назначения. Данные приборы защиты выпускаются в соответствии с ГОСТ Р 50030.2-99 (МЭК 60947-2-98).

Ассортимент выпускаемых и находящихся в эксплуатации автоматических выключателей общего назначения, их конструкции, характеристики и функции весьма разнообразны. При проведении испытаний для правильной установки токов уточняются время-токовые характеристики по справочникам или технической документации завода-изготовителя.

Автоматы общего назначения в литом корпусе, Schneider Electric NS

Автоматические выключатели общего назначения с микропроцессорными расцепителями

В последнее время всё более широкое распространение получают электронные расцепители с микропроцессорным управлением (микроконтроллером).

Они имеют возможность точной настройки основных параметров аппарата защиты:

уровень рабочего тока защиты
время защиты от перегрузки
время срабатывания в зоне перегрузки с функцией «тепловой памяти» и без нее
ток селективной отсечки
время селективной токовой отсечки

Набор регулируемых параметров может варьироваться в зависимости от типа и назначения аппарата защиты. Также на многих автоматах имеется кнопка «Тест», позволяющая проводить периодическую проверку аппарата защиты потребителем.

Органы регулировки как правило выведены на лицевую панель аппарата защиты, что позволяет при проведении испытаний без лишнего труда понять, как настроены параметры защиты.

Кроме механических поворотных регуляторов разными производителями используются и электронные варианты панелей управления. Пример такого вида аппаратов защиты – автоматический выключатель Schneider Electric с электронным расцепителем и панелью управления:

Автомат с микропроцессорным расцепителем и электронной панелью управления, Schneider Electric NSX

Остались вопросы?

Проконсультируем вас по вопросам проверки расцепителей автоматических выключателей!

Связаться с нами

Файлы для скачивания

ПУЭ, глава 1.8

Нормы приемо-сдаточных испытаний

ГОСТ Р 50571.16-2007

Электроустановки низковольтные. Часть 6. Испытания

ГОСТ Р 50345-2010

Автоматические выключатели для защиты от сверхтоков бытового и аналогичного назначения

ГОСТ Р 50030.2-2010

Аппаратура распределения и управления низковольтная. Часть 2. Автоматические выключатели

Пример протокола

проверки автоматических выключателей

Отзывы клиентов и рекомендательные письма

Ознакомьтесь с перечнем выполненных работ, отзывами, рекомендательными и благодарственными письмами наших клиентов

Посмотреть отзывы

Цены на услуги электролаборатории

Ознакомьтесь c нашим прайс-листом, единичными расценками, узнайте больше про ценообразование услуг электроизмерительной лаборатории

Узнать про цены

Приглашаем другие лаборатории присоединиться к сообществу

Мы создали чат, в котором уже общаются несколько десятков электролабораторий. Если вы занимаетесь испытаниями электроустановок, узнайте, чем этот чат может быть вам полезен

Узнать о чате

Виды и Типы Автоматов нагрузки

Автоматические выключатели – это разновидность коммутационных устройств, которые необходимы для повышения уровня безопасности эксплуатируемых электросетей и оборудования. Существует множество разновидностей автоматом, поэтому мы рассмотрим в первую очередь устройства бытового назначения, которые есть в каждом доме. Несмотря на то, что во всех тонкостях маркировки должны разбираться профильные специалисты, вам будет полезно знать, какие типы автоматических выключателей более эффективны, по какому принципу они работают, какие существуют особенности их использования.

Основные типы защитных автоматов

В первую очередь выделим три типа защитных устройств по способу их срабатывания:

Автоматический выключатель – срабатывает при возникновении короткого замыкания в цепи
УЗО (устройство защитного отключения) – срабатывает при возникновении утечек токов
Дифференциальный автомат – выполняет функции автоматического выключателя и УЗО одновременно

Также существует деление автоматов на однополюсные (размыкают только фазу), двухполюсные (размыкают и фазу и ноль), однофазные и трехфазные.

Как правило, в быту используются именно однополюсные автоматы – они дешевле, да и обеспечивают достаточно высокий уровень безопасности.

Устройство автоматического выключателя и принцип его действия

На картинке выше показан простой автоматический выключатель. Ключевыми элементами в нем является электромагнитный расцепитель и биметаллическая тепловая пластина. В случае резкого скачка нагрузки при коротком замыкании срабатывает катушка (электромагнитный расцепитель). А биметаллическая пластина обеспечивает размыкание сети при чрезмерном нагреве проводки в случае подключения приборов с высоким энергопотреблением – силовых агрегатов.

На фото ниже вы видите автоматический выключатель модульного типа в разобранном виде. На нем хорошо видно электромагнитную катушку, а за ней – дугогасительную камеру. При срабатывании автомата дуга отводится именно в нее, а отработанные газы выводятся через специальный канал. Это позволяет практически мгновенно снимать нагрузку с сети, уберегая проводку и изоляцию от повреждений, сводя к минимуму риски возникновения пожара.

Теперь разберемся в маркировке автоматических выключателей.

Особенности маркировки автоматов защитного отключения

Итак, наиболее значимые характеристики автоматического выключателя:

Его класс (A, B, C, D) – определяет время-токовую характеристику. Аппараты класса A, B срабатывают быстрее, чем аппараты классов C и D
Номинальный ток – рабочий показатель тока, при котором автомат срабатывать
Отключающая способность – это сила тока, при которой автомат сработает, а не расплавится. Для бытовых устройств этот показатель составляет 4000-6000 Ампер
Токоограничение – время полного гашения дуги. Колеблется в пределах 2,5-10 миллисекунд

Все эти характеристики указываются на корпусе автомата, и именно по ним, находясь в магазине, нужно выбирать подходящее устройство под конкретные нужды.

Особенности эксплуатации

Есть одна ключевая особенность эксплуатации автоматов защитного отключения. Ни в коем случае их нельзя блокировать во включенном положении. Если автомат выбивает, значит, на то есть какая-то причина – короткое замыкание или перегруз в сети. Если его заблокировать во включенном положении, то это может привести к локальному возгоранию и пожару. Для подбора оптимального комплекта автоматов для вашего дома и их правильного монтажа обращайтесь к нашим компетентным специалистам. Мы собираем любые типы щитовых и установим автоматы как того требуют правела.

теория

автоматов | Британика

теория автоматов

Просмотреть все СМИ

Ключевые люди:: Майкл Озер Рабин Дана Скотт Джон Хопкрофт Ричард Э. Стернс

Похожие темы:: тезис Чёрча неврологическая модель вычислимость теория множественного предсказания Вычислимость по Тьюрингу

Просмотреть весь соответствующий контент →

Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы

теория автоматов , совокупность физических и логических принципов, лежащих в основе работы любого электромеханического устройства (автомата), преобразующего информацию из одной формы в другую в соответствии с определенной процедурой. Реальные или гипотетические автоматы различной сложности стали незаменимыми инструментами для исследования и реализации систем, структура которых поддается математическому анализу.

Примером типичного автомата являются маятниковые часы. В таком механизме шестерни могут принимать только одно из конечного числа положений или состояний при каждом качании маятника. Каждое состояние посредством операции спуска определяет следующее последующее состояние, а также дискретный выход, который отображается как дискретное положение стрелок часов. Пока такие часы заведены и в их работу не вмешиваются, они будут продолжать работать, не подвергаясь влиянию внешних воздействий, за исключением действия силы тяжести на маятник.

Автоматы более общего назначения предназначены для реагирования на изменения внешних условий или на другие входные данные. Например, термостаты, автопилоты самолетов, системы наведения ракет, телефонные сети и средства управления некоторыми видами автоматических лифтов — все это виды автоматов.

Внутренние состояния таких устройств не определяются исключительно их начальным состоянием, как в случае с маятниковыми часами, но могут определяться вводом данных человеком-оператором, другим автоматом или событием или серией событий в окружающей среде. Например, термостат имеет состояние «включено» или «выключено» в зависимости от температуры. Наиболее известным общим автоматом является современный электронный компьютер, внутренние состояния которого определяются вводом данных и который работает для получения определенного результата.

Britannica Quiz

Числа и математика

A-B-C, 1-2-3… Если вы считаете, что считать числа — это то же самое, что читать алфавит, проверьте, насколько свободно вы владеете языком математики в этом тесте.

Баярд Рэнкин Р.Дж. Нельсон

Компоненты автоматов состоят из определенных материалов и устройств, таких как провода, транзисторы, рычаги, реле, шестерни и т. д., и их работа основана на механике и электронике этих частей. Однако принципы их работы как последовательности дискретных состояний могут быть поняты независимо от природы или расположения их компонентов. Таким образом, автомат можно рассматривать абстрактно как набор физически неопределенных состояний, входов, выходов и правил работы, а изучение автоматов — как исследование того, что можно с ними сделать. Этот способ абстракции дает математические системы, которые в некоторых отношениях напоминают логические системы. Таким образом, автомат может быть описан как логически определенная сущность, которая может быть воплощена в виде машины, причем термин автомат обозначает как физическую, так и логическую конструкции.

В 1936 году английский математик Алан Мэтисон Тьюринг в статье, опубликованной в журнале Proceedings of the London Mathematical Society («О вычислимых числах с приложением к проблеме Entscheidungsproblem»), придумал логическую машину, результаты которой можно было бы использовать. определить вычислимое число. Для машины время считалось дискретным, а ее внутренняя структура в данный момент описывалась просто как одно из конечного набора состояний. Он выполнял свои функции, сканируя неограниченную ленту, разделенную на квадраты, каждый из которых либо содержал определенную информацию в виде одного из конечного числа символов, либо был пустым. Он мог сканировать только одну клетку за раз, и, находясь в каком-либо внутреннем состоянии, кроме одного, называемого «пассивным», он был способен перемещать ленту вперед или назад на одну клетку за раз, стирать символ, печатать новый символ, если квадрат был пуст и менял свое внутреннее состояние. Вычисленное число определялось символами («программой»), представленными на конечном участке ленты, и правилами работы, которые включали остановку при достижении пассивного состояния. Затем выходной номер интерпретировался по символам, оставшимся на ленте после остановки машины.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Теория автоматов с середины 20-го века подверглась значительной доработке и часто находила практическое применение в гражданских и военных машинах. Банки памяти современных компьютеров могут хранить большие (хотя и ограниченные) объемы информации. (Дополнительную информацию о компьютерах и их приложениях см. в разделе «Обработка информации».) Первоначальная машина Тьюринга не имела ограничений на банк памяти, потому что каждый квадрат на неограниченной ленте мог хранить информацию. Машина Тьюринга продолжает оставаться стандартным ориентиром в основных дискуссиях по теории автоматов, и многие математические теоремы, касающиеся вычислимости, были доказаны в рамках первоначального предложения Тьюринга.

Планеры и классификация Вольфрама

В своей влиятельной статье «Университет и сложность в Cellular Automata» [Physica D 10 (1984) 1-35; вся страница цифры относятся к переизданию в Cellular Automata и Сложность , Addison-Wesley 1994, стр. 115-157] , Стивен Вольфрам предложил классификацию клеточных автоматов. правила на четыре типа, по результатам эволюции системы из «неупорядоченного» начального состояния:

Эволюция приводит к однородному состоянию.
Эволюция приводит к набору отдельных простых конюшен или периодические структуры.
Эволюция приводит к хаотическому паттерну.
Эволюция приводит к сложным локализованным структурам, иногда долгожители.

Изначально эта классификация предназначалась только для одномерные клеточные автоматы, но в «Двумерном Cellular Automata» [совместно с NH Packard, J. Stat. Phys. 38 (1985) 901-946, перепечатано в Cellular Automata и Сложность стр. 211-249] он расширил его до двумерные автоматы.

Интуитивно, согласно этой классификации, один следует ожидать только планеров, универсальности Тьюринга и тому подобного. сложное поведение в автоматах класса 4. Действительно, после обсуждения наличие планерных структур в автомате класса 4, и их сходство со структурами в жизни Конвея, Вольфрам пишет [стр.151] «Эти аналогии приводят к предположение, что автоматы класса 4 характеризуются возможность универсальных вычислений. »

Однако в этом рассуждении есть существенный недостаток: потому что классификация основана на эволюции от неупорядоченное состояние, для него мало оснований характеризовать поведение на изначально упорядоченных состояниях. Наше расследование обнаружил планеры в системах, которые, вероятно, были бы классифицированы в каждый из четырех классов: например. (в стандартное обозначение полутоталитического правила) B367/S3678 (класс 1), B3/S256 или B3/S234 (оба класс 2, хотя и имеет совсем другое поведение), B345678/S12468 (класс 3) и B3/S23 (класс 4). Этот результат сводит на нет полезность этой системы классификации. под вопросом.

Существование планера должно автоматически помещать систему в класс 4, поскольку такая сложная локализованная структура возникнет также из-за достаточно большого неупорядоченного начального условиях, однако «достаточно большой» может быть настолько огромным, что на практике такие структуры нельзя обнаружить случайно. Тогда классификация Вольфрама может оказаться хуже, чем бесполезной: она может быть плохо определенным, так как нет быстрого теста для различения правила класса 4 от других правил.

В «Двумерных клеточных автоматах», Вольфрам упоминает ряд частных правил. Как они складываются в с точки зрения его классификации и существования планеры?

(Когда я смог найти классификацию в Wolfram’s бумага, я ее перечислил выше; в противном случае столбец «Классификация» пусто.)

Более простая схема классификации объясняет данные лучше, чем у Вольфрама:

Сжатие невозможно. Если правило включает B1, любой шаблон расширяется до бесконечность во всех направлениях, планеры не могут существовать, и вопрос о том, живет шаблон или умирает, не может быть универсальный. Точно так же, если правило (такое как B378/S012345678 выше) включает S01234 или включает B23/S0, ограничивающая рамка шаблона никогда не может уменьшаться, и ни один шаблон не может умереть или двигаться.

Что такое теория автоматов и ее основные принципы