Назначение и основные функции КП Компоновщик расчетных схем. Требования, предъявляемые к системам подготовки, отладки и поддержания данных. Пользовательский интерфейс КП Компоновщик расчетных схем в MS DOS. Особенности программирования в Windows.
Инвариантность поведения автоматизированной системы диспетчерского управления (АСДУ) относительно внешних возмущений, а, значит, обоснованность принятых решений и эффективность управлением режимом энергосистемы в реальном времени может быть обеспечена в принципе, если используется достоверная информация о параметрах режима и схеме электрических соединений, о составе и состоянии основного оборудования, о параметрах и характеристиках отдельных объектов, и т.д. Повысить достоверность телеизмерений (ТИ), восстановить расчетным путем недостающую часть параметров режима, воспроизвести физику явлений позволяют методы теории оценок, которые делятся на две группы: методы, учитывающие априорную информацию об оцениваемых параметрах режима; методы, не учитывающие такую информацию. Деление носит условный характер, все этапы взаимосвязаны: свойства математической модели режима являются определяющими при построении критерия оценивания, алгоритм оценивания должен учитывать как свойства выбранного критерия близости, так и математической модели режима. Метод, основанный на (1.9) (метод взвешенных наименьших квадратов), позволяет получить такую оценку, которая доставляет значения измеряемым параметрам режима, близкие к измеренным в смысле минимума дисперсии измерений. Программная проверка правильности подготовки исходных данных (представление чисел, соответствие последовательности чисел определенному элементу расчетной схемы, допустимые отношения и предельные значения параметров системы и режима, соответствие классов напряжений, связности графа электрической сети, расстановка ТИ по условию полноты математической модели режима, соответствие кодировки расстановки ТИ, ТС и расчетной схемы, связность узла расчетной схемы по исходным значениям ТС, контроль текущих размерностей массивов и т.п.) осуществляется автоматически при формировании эталонной расчетной схемы [3].
Введение
Задачей дипломного проекта являлось изучение оценки состояния ЭЭС и концепций построения математического обеспечения информационно-вычислительных подсистем, знакомство с КП Компоновщик расчетных схем, освоение Windows-программирования, приобретение навыков работы в интегрированной среде Developer Studio и разработка некоторых элементов пользовательского интерфейса Компоновщика расчетных схем в операционной системе Windows.
В первой главе была выбрана математическая модель режима, рассмотрены несколько критериев оценки состояния ЭЭС. Обоснован выбор метода обобщенной нормальной оценки для оценивания состояния ЭЭС, как обладающего существенными преимуществами по сравнению с другими критериями. В качестве численного метода принят в общем случае метод Ньютона-Рафсона. Наряду с этим методом, при наличии некоторых условий целесообразно применять метод Ньютона-Рафсона по параметру. Для решения систем линейных уравнений по итерационным формулам используется метод Гаусса (LU-разложение). Вычисления производятся с учетом свойств разреженных матриц. Показано разнесение вычислений вне реального времени (на подготовительном этапе) и непосредственно в реальном времени.
Во второй главе рассматривается назначение и функциональные возможности программы Компоновщик расчетных схем. Приведен алгоритм формирования расчетной схемы, удовлетворяющий требованиям, предъявляемым к системам подготовки, отладки и поддержания данных.
В третьей главе описываются основные особенности Windows-программирования: процесс создания главного окна программы, процедуры обработки сообщений. Показываются отличия модальных и немодальных окон диалога. Приводится описание панелей инструментов и состояния. Подробно показан процесс создания и работы строкового и оконного редакторов, реализация функций, предоставляемых пользователю.
В последней, четвертой, главе рассматривается вопрос из раздела техники безопасности на тему: «Разработка мероприятий по безопасной эксплуатации ПЭВМ».
1. Оценка состояния
1.1 Постановка задачи
Инвариантность поведения автоматизированной системы диспетчерского управления (АСДУ) относительно внешних возмущений, а, значит, обоснованность принятых решений и эффективность управлением режимом энергосистемы в реальном времени может быть обеспечена в принципе, если используется достоверная информация о параметрах режима и схеме электрических соединений, о составе и состоянии основного оборудования, о параметрах и характеристиках отдельных объектов, и т.д. Наиболее важным и трудным оказывается получение информации о текущих параметрах режима и схеме электрических соединений, требующей проведения измерений в реальном времени. Непосредственное измерение всех параметров режима невозможно, недостающая часть должна быть восстановлена расчетным путем. Низкая достоверность телеизмеряемой информации, возможные отказы каналов связи, ограниченные возможности информационно-измерительной сети затрудняют непосредственное воспроизведение физики явлений. Повысить достоверность телеизмерений (ТИ), восстановить расчетным путем недостающую часть параметров режима, воспроизвести физику явлений позволяют методы теории оценок, которые делятся на две группы: методы, учитывающие априорную информацию об оцениваемых параметрах режима; методы, не учитывающие такую информацию.
Установившийся режим электроэнергетической системы (ЭЭС) описывается системой нелинейных алгебраических уравнений
(1.1)
где x, у - соответственно оцениваемые и измеряемые параметры режима.
Форма записи (1.1) зависит от выбранной схемы замещения отдельных элементов и системы координат, разделения параметров режима на измеряемые и оцениваемые; конкретный состав системы - составом используемых ТИ. Разделение параметров режима на оцениваемые и измеряемые производится по смыслу решаемой задачи; руководствоваться следует лишь двумя требованиями: в качестве оцениваемых принимаются те, зная которые, легко рассчитать все остальные параметры режима без решения дополнительной системы уравнений; в конечном счете необходимо получить параметры режима, которые будут использованы в дальнейшем при оптимизации. По техническим соображениям, а также для потребностей диспетчерского персонала, измеряются потоки мощностей по ветвям и узлах, напряжения, токи в ветвях. Это и определяет выбор оцениваемых параметров режима - модули и фазы или действительные и мнимые части узловых напряжений.
Связь между оцениваемыми и измеряемыми параметрами режима y = f(x) (1.2) устанавливается уравнениями потокораспределения, конкретный вид которых определяется выбранной формой записи, в частности: a для суммарной активной и реактивной мощности в i-ом узле
(1.3) a для потоков мощностей в начале ветви (i, j)
(1.4) где: n - число независимых узлов; - узловые напряжения ( ); - проводимость ветви (i, j) ( ); - проводимость на землю в узле i ( ).
После введения матричных обозначений: , мы и получаем (1.2).
В измерениях, проводимых в реальной ЭЭС, всегда присутствуют погрешности, обусловленные погрешностями измерительной аппаратуры, помехами в каналах связи, неодновременностью замеров, поэтому вектор измерений может быть представлен суммой вектора истинных значений у и вектора ошибок w у w (1.5)
Если предположить, что случайный вектор ошибок распределен по нормальному закону
(1.6) где R - ковариационная матрица ошибок измерений; m - число измерений, то наиболее правдоподобными считаются те значения w, при которых достигается максимум плотности распределения (используется метод максимального правдоподобия, основанный на максимизации функции (1.6), называемой функцией правдоподобия. Эта показательная функция достигает своего максимума, когда ее показатель минимален [1]).
В общем случае в качестве меры близости измеренных параметров режима и их расчетных значений f(x) может быть выбран критерий
(1.7)
Задача оценки состояния ЭЭС сводится к нахождению такого вектора оцениваемых параметров режима, который доставляет значения измеряемым, близкие к измеренным в смысле выбранного критерия (1.7)
Оценка состояния ЭЭС - сложный процесс, в котором можно выделить ряд основных этапов: Выбор математической модели режима.
Построение критерия оценки.
Разработка численного метода и алгоритма оценивания.
Деление носит условный характер, все этапы взаимосвязаны: свойства математической модели режима являются определяющими при построении критерия оценивания, алгоритм оценивания должен учитывать как свойства выбранного критерия близости, так и математической модели режима. В конечном счете, алгоритм оценивания должен удовлетворять следующим требованиям: высокая скорость и надежность сходимости, высокая точность и устойчивость результатов, высокое быстродействие, незначительный объем требуемой оперативной памяти ЭВМ.
Рассмотрим подробнее каждый из этапов.
1.2 Математическая модель режима
Если в начале каждой ветви дерева измеряется поток активной и реактивной мощности, то соответствующая математическая модель режима имеет единственное решение в целом. Любая модель режима, полученная из указанной добавлением новых измеряемых параметров режима, также имеет единственное решение [1].
Модель режима называется корректной, если [1]: для любого y существует решение (условие разрешимости);
решение является единственным (условие однозначности);
решение непрерывно зависит от у (условие устойчивости).
При нарушении хотя бы одного из этих условий задача оценки состояния называется некорректно поставленной (математическая модель называется некорректно поставленной).
1.3 Критерий оценки
На выбор критерия оценки влияют: характер исследуемого процесса (статический или динамический), наличие или отсутствие статистических данных об измеряемых и оцениваемых параметрах, корректная или некорректная постановка задачи. Определяющей является некорректная постановка задачи оценивания состояния ЭЭС. Она проявляется в том, что сколь угодно малые погрешности измерений приводят к сколь угодно большим ошибкам в результатах оценки. Метод максимального правдоподобия дает один из наиболее распространенных критериев.
(1.8) причем оценка состояния ЭС сводится к нахождению
(1.9)
Метод, основанный на (1.9) (метод взвешенных наименьших квадратов), позволяет получить такую оценку, которая доставляет значения измеряемым параметрам режима, близкие к измеренным в смысле минимума дисперсии измерений.
Если матрица ковариации ошибок измерений R неизвестна или ее получение затруднено, вместо (1.8) используется
(1.10) и оценка находится из условия достижения
(1.11)
Метод, основанный на (1.11) (метод наименьших квадратов), позволяет получить такую оценку , которая доставляет значения измеряемым параметрам режима, близкие к измеренным в смысле минимума суммы квадратов невязок.
Если система нелинейных алгебраических уравнений совместна, то решения (1.9.) и (1.11) совпадают. Для переопределенных и несовместных нелинейных алгебраических уравнений решение (1.9) и (1.11), вообще говоря, не совпадают: решение (1.9) зависит от выбора матрицы ковариаций.
Некорректность математической модели режима отражается на свойствах этих критериев, характере решения задачи оценивания: нарушено требование однозначности - критерий оценки является многоэкстремальной функцией; каждое решение модели режима - это точка экстремума критерия оценки;
нарушено требование разрешимости - выполняется необходимое условие существования минимума, ранг матрицы частных производных понижается;
нарушено требование непрерывности либо критерий оценки не имеет минимума в области определения (в целом), либо выполняется необходимое условие существования минимума, ранг матрицы частных производных понижается.
Использование рассмотренных методов с учетом некорректности постановки задачи оценивания состояния ЭЭС становится проблематичным.
Наличие априорных данных об оцениваемых параметрах и матрице ковариации ошибок задания априорных данных S позволяет использовать критерий
(1.12) и получить оценку из условия достижения
(1.13)
Метод, реализующий (1.13) (байесова оценка), в ряде случаев позволяет локализовать нужное решение за счет использования априорных данных.
Каждый из рассмотренных методов имеет свои недостатки и достоинства. Общим недостатком является невозможность использования для оценки состояния ЭЭС с учетом ее некорректной постановки.
Для решения некорректно поставленных задач был предложен метод регуляризации a>0, где - сглаживающая или регуляризующая функция; - стабилизирующая функция; - параметр регуляризации.
Идея метода основана на использовании априорных сведений об оцениваемых параметрах: физический смысл имеют только ограниченные решения.
Проведенные исследования [1] показали: если решение математической модели режима является неоднозначным, то локализовать нужное (действительное) не всегда удается;
возможны случаи, когда итерационный процесс решения (1.8) затягивается - в стабилизирующую функцию входят несоизмеримые по величине параметры режима, и стремление ограничить решение приводит к чрезмерному сглаживанию;
Недостатки метода регуляризации могут быть устранены после соответствующей его модификации.
1.4 Обобщенная нормальная оценка
Этот метод соединяет в себе достоинства метода наименьших квадратов, байесовой оценки, метода регуляризации и дает возможность решать задачу в ее некорректной постановке, обеспечивая устойчивость вычислительного процесса и позволяя получать решение, наиболее близкое к истинному режиму ЭЭС. Сущность метода обобщенной нормальной оценки состоит в следующем.
К оценке состояния ЭЭС можно подойти с позиций решения системы нелинейных алгебраических уравнений
(1.14) где: m - количество измеряемых параметров режима; n 1 - общее число узлов ЭЭС.
Если известны точные значения измеряемых параметров режима у, то решение x математической модели режима (1.14) существует; оно может быть единственным или неединственным (в последнем случае нужное решение локализуется после согласования области определения и области значений) [2].
Если известны приближенные значения правых частей (1.14)
(1.15) где w - вектор случайных величин с математическим ожиданием М[w]=0, то для данной математической модели режима в пределах заданного уровня погрешности измерений существует целый класс режимов, для каждого из которых решение
(1.16) может существовать (быть единственным или неединственным) или не существовать, а сколь угодно малые изменения измеряемых параметров могут приводить к сколь угодно большим изменениям решения [2]. По существу f отображает множество различных решений в пространстве оцениваемых параметров в неразличимое множество измерений в пространстве наблюдений.
Для некорректной модели режима требуется уточнить понятие «решение». Среди множества решений (1.15) естественно выбрать наиболее близкое к априорным данным и одновременно доставляющее измеряемым параметрам режима значения, близкие к измеренным . Если выбрать в качестве меры близости евклидову длину вектора, то этим требованиям отвечает решение, доставляющее минимум
, . (1.17)
Первое слагаемое (аналог обобщенного решения) характеризует близость измеренных и расчетных f(x) значений, второе слагаемое (аналог нормального решения) - близость априорных данных и решения x. Назначение параметра регуляризации - согласование меры близости в пространстве оцениваемых параметров и меры близости в пространстве наблюдений (косвенно решается проблема согласования области определения и области значений).
Решение, доставляющее минимум (1.17), называется обобщенным нормальным решением, а метод, реализующий этот критерий, - методом обобщенной нормальной оценки (МОНО).
Параметр регуляризации обобщенно учитывает статистические свойства измерений и априорных данных, его значение задается априори как где: - дисперсия измерений; - дисперсия задания априорных данных.
При таком выборе параметра регуляризации МОНО дает неухудшающуюся, устойчивую к погрешности измерений и к изменениям параметра регуляризации оценку, а верхняя норма матрицы ковариации ошибок оценки оказывается минимальной.
В качестве априорной информации, используемой при оценке состояния реальной ЭЭС, можно использовать: 1) результаты предыдущей оценки;
Второй случай менее благоприятен. Часть априорных данных (например, измеренные напряжения) принадлежит области определения, другая часть (например, фазы узловых напряжений) может и не принадлежать к ним. Достоверность таких данных различна, полученная оценка параметра регуляризации находится в широком диапазоне (10?105) [2]. Целесообразно для каждой группы априорных данных ввести свои весовые коэффициенты: а) CU1 - для измеренных напряжений;
б) CU2 - для номинальных напряжений (если измерений не проводилось);
в) Cd - для фаз узловых напряжений.
Тогда критерий оценки перепишется в виде
, где: - диагональная матрица с вышеуказанными весовыми коэффициентами, - априорные данные (для фаз узловых напряжений это значения на к-ой итерации).
Для реальных ЭЭС: CU1 =10-2, CU2 =10-4, Cd =1, и диапазон изменения параметра регуляризации сужается: 103< <105 [2]
1.5 Численные методы решения
Принимая во внимание все выше сказанное, в конечном счете задача оценивания состояния ЭЭС сводится к решению экстремальной задачи
(1.18) по итерационной формуле
, (1.19) где: k - номер итерации; - направление продвижения на (к 1) - ой итерации из точки хк; - коэффициент, определяющий длину шага в направлении ; - приращение на к-ой итерации; начальное приближение задается.
В результате решения (1.19) будет получена последовательность с определенными свойствами.
Для выбранной модели режима и построенного критерия оценки эффективность алгоритма оценки состояния ЭЭС определяется свойствами численного метода решения (1.19) и характеризуется такими критериями, как: скорость и надежность сходимости, точность решения, время счета, сложность алгоритма, требуемый объем оперативной памяти ЭВМ и т.д.
Численные методы решения (1.19) используют ту или иную аппроксимацию либо целевой функции
(1.20) либо вектор-функции f(x). Наибольшее распространение получил метод Ньютона-Рафсона, в котором используется разложение в ряд Тейлора нелинейной вектор-функции f(x) в окрестности произвольной точки хк до членов первого порядка малости включительно f (x) = f (xk) fx (xk) (x - xk). (1.21)
Подстановка (1.21) в (1.20) дает:
Из необходимого условия минимума следует: , тогда приращение на к-ой итерации находится
, где нижний индекс указывает, по какому вектор-аргументу осуществляется дифференцирование; x - x k = Dx k; x, x k - достаточно близкие точки.
Итерационный процесс (1.19) продолжается до достижения заданной точности расчетов e: ?D x k? ? e.
Для уменьшения времени счета проверку можно производить только для модулей узловых напряжений.
Наличие стабилизирующей функции позволяет получить решение независимо от начального приближения, итерационный процесс сходится за две-четыре итерации, а число итераций в основном определяется качеством ТИ и «тяжестью» режима [2].
Оценка, вообще говоря, зависит от параметра регуляризации a. При завышенных значениях a возможно появление т.н. эффекта сглаживания, который может быть ослаблен, если воспользоваться следующим подходом.
Пусть на к-ом шаге методом Ньютона-Рафсона получена оценка ХК и приращение DXK. Величина шага в направлении DXK может быть выбрана из условия достижения минимума суммы квадратов небалансов мощностей, т.е.
Приравняв к нулю и выразив из этого равенства , получим
.
Итерационный процесс, реализованный по формуле
, (1.22) продолжается до тех пор, пока не будет нарушено условие
, где характеризует скорость уменьшения суммы квадратов небалансов мощностей (обычно принимается равной 0.99).
Метод Ньютона-Рафсона по параметру целесообразно использовать в двух случаях: а) когда имеются точные значения измеряемых параметров режима у;
б) когда возникают затруднения с оценкой числового значения .
Учитывая вышеперечисленные достоинства метода обобщенной нормальной оценки, естественно будет использовать его в дальнейшем для оценки состояния ЭЭС.
1.6 Вычислительные аспекты
Специфические особенности ЭЭС и МОНО играют решающую роль в рациональной организации вычислительного процесса.
Используемые при оценке состояния ЭЭС матрицы - матрица узловых проводимостей, матрица частных производных, матрица коэффициентов системы линейных алгебраических уравнений
(1.23) содержат незначительное число ненулевых элементов, т.е. являются разреженными: значительного сокращения времени счета и существенной экономии используемого объема оперативной памяти ЭВМ можно добиться, если хранить ненулевые элементы и оперировать с ними.
Память, используемая для хранения разреженных матриц, состоит из двух частей: основной, содержащей числовые значения, и накладной, предназначенной для хранения информации о местоположении в матрице хранимых значений. Чем сложнее схема хранения, тем больше накладная память и меньше основная, и наоборот. Время доступа к числовым значениям и, следовательно, время счета зависит также от схемы хранения. Процесс вычислений при статичной схеме хранения, эффективный в смысле требований к памяти и времени счета, может потребовать катастрофических накладных расходов при динамичном изменении схемы хранения. Из вышесказанного следует, что схему хранения желательно выбирать с учетом процесса вычислений.
Для решения систем линейных алгебраических уравнений вида (1.23)
(1.24)
( , ) используется метод Гаусса или его модификации. В методе Гаусса система уравнений (1.24) решается в два хода - прямой и обратный. При прямом ходе матрица коэффициентов приводится к верхней треугольной форме. Для этого к системе (1.24) с t неизвестными применяется (t -1) - шаговый процесс исключения неизвестных. В результате на (t -1) - ом шаге будет получена треугольная система:
(1.25)
Обратный ход метода Гаусса состоит в последовательном вычислении неизвестных из (1.25), начиная с последнего уравнения.
Рассмотренные преобразования удобно реализовать в матричном виде. Если обозначить матрицу коэффициентов (1.25)
(1.26) и ввести матрицу преобразований на r - том шаге
(1.27) то . (1.28)
Операция обращения матрицы преобразования (1.27) равносильна инвертированию недиагональных элементов, а произведение нижних треугольных матриц дает такую же матрицу, поэтому
(1.29) где
(1.30)
Выражение (1.29) - т. н. LU - разложение матрицы А в виде произведения нижней треугольной матрицы L и верхней треугольной матрицы U.
Замена z=Uh показывает, что h можно получить, решая треугольные системы: Lz=b (1.31)
Uh=z (1.32)
Выражение (1.31) - матричная запись заключительной части прямого хода метода Гаусса (пересчета свободных членов), а (1.32) - матричная запись обратного хода. Для симметричной матрицы где D - диагональная матрица с элементами i=1,2…., t, разложение
(1.33)
называется - разложением.
Допущение относительно диагональных элементов ( ), называемых главными, существенно. В противном случае для обеспечения численной устойчивости необходима та или иная форма выбора главного элемента, т.е. перестановки строк и (или) столбцов. Эти перестановки определяются в процессе решения системы уравнений путем компромисса между требованиями численной устойчивости и сохранением разреженности. Для разреженных матриц общего вида нельзя установить порядок исключения неизвестных, пока не начались собственно вычисления. Более того, такой выбор главного элемента может привести к крайне нежелательному росту числа ненулевых элементов.
Одно из основных достоинств МОНО состоит в том, что гауссово исключение не требует выбора главных элементов для поддержания численной устойчивости. Это означает, что матрицу коэффициентов можно переупорядочить, не заботясь о численной устойчивости, причем до начала численного решения: выбирается такая последовательность исключения неизвестных, которая приводит к появлению минимального числа ненулевых элементов. Еще одна важная особенность такого выбора исключаемой переменной состоит в симметричном переупорядочении матрицы коэффициентов - имеет место симметричная перестановка строк и столбцов [1].
Отмеченные особенности, присущие только МОНО именно в силу самого выбора параметра регуляризации, имеют далеко идущие практические последствия. Если порядок исключения неизвестных не зависит от результатов реального процесса вычислений, то наиболее трудоемкая часть расчетов, связанная с формированием структуры начального заполнения матрицы коэффициентов, ее упорядочением, резервированием места для новых ненулевых элементов, появляющихся в процессе реальных вычислений, может и должна выполняться вне реального времени на подготовительном этапе. Схема хранения должна обеспечивать высокую эффективность вычислений в реальном времени, оставаясь при этом статичной. В реальном времени реализуются вычисления, связанные с формированием и решением системы уравнений.
Т.к. матрица коэффициентов симметрична, достаточно пересчитывать и хранить только ее верхнюю треугольную часть. Если для каждой строки имеется список столбцов с ненулевыми элементами, то он полностью определяет, в каких строках элементы каких столбцов пересчитываются. Для удобства поиска в этом списке индексы столбцов желательно располагать в порядке возрастания. Например, если на r-ом шаге в r-ой строке ненулевые элементы находятся в столбцах r, s, q, то пересчитываются коэффициенты в s-ой (в столбцах s и q) и в q-ой (в столбце q) строках.
В матрице частных производных каждому i-му узлу соответствует два столбца 2i-1, 2i, а в матрице коэффициентов А - блочная матрица второго порядка: .
Измерению ветви (i, j) соответствуют четыре ненулевые блочные матрицы: Ai i, Ai j, Aj i, Aj j (i < j). .
Для каждого такого блока местоположение всех четырех элементов однозначно определяется номером строки и номером столбца блока, что равносильно указанию места установки измерительного датчика. Аналогично, номер узла и список смежных с ним узлов определяют блоки ненулевых элементов для измерения в r-ом узле.
Элементы матрицы коэффициентов хранятся блоками по строкам. Для каждого блока ненулевых элементов номер столбца указывается в массиве «индексы столбцов». Местоположение первого блока каждой строки задается в массиве «указатель индексов строк» [1]. Блочное представление дает существенную экономию памяти как при хранении, так и при формировании системы уравнений. В действительности кодировка расстановки ТИ непосредственно определяет местоположение блоков ненулевых элементов в схеме хранения, следовательно, отпадает необходимость запоминания промежуточных результатов (матрицы частных производных).
Т.о., все необходимые предпосылки для рациональной организации вычислительного процесса гарантируются МОНО. Наиболее трудоемкая часть расчетов должна выполняться вне реального времени на подготовительном этапе. К ним относятся: Формирование структуры первоначального заполнения матрицы коэффициентов. Она (структура) однозначно определяется расстановкой ТИ и топологией электрической сети; формируется с учетом всех ТИ для типовой схемы электрических соединений, в которой все объекты, оснащенные устройствами телесигнализации (ТС), считаются включенными. Текущее состояние объектов, не оснащенных устройствами ТС, отражается в исходной схеме электрических соединений. На подготовительном этапе резервируется место для всех возможных ненулевых элементов. Сформированная таким образом структура заполнения и, следовательно, схема ее хранения может использоваться при оценивании состояния ЭЭС в реальном времени с любым составом ТИ и при любых производимых в сети коммутациях, не приводящих к появлению новых узлов: отключение части ТИ и (или) ветвей отражается только на числовых значениях элементов матрицы.
Упорядочение - определение последовательности исключения неизвестных. Это равносильно перенумерации узлов расчетной схемы. Предпочтительней такая последовательность исключения неизвестных, которая приводит к появлению минимального числа новых ненулевых элементов. Наиболее часто используются два алгоритма динамического упорядочения. В первом из них на каждом шаге метода Гаусса исключается неизвестная, соответствующая строка которой содержит минимальное число ненулевых элементов (если таких неизвестных несколько, то выбор произволен), во втором - неизвестная, исключение которой приводит к появлению наименьшего числа новых ненулевых элементов. Оба алгоритма дают достаточно близкие результаты, но первый алгоритм динамического упорядочения предпочтительней, так как проще, требует меньших затрат времени и памяти.
Имитация исключения Гаусса с резервированием места под новые ненулевые элементы и формирование схемы хранения матрицы коэффициентов. Структура первоначального заполнения (верхняя треугольная часть) запоминается блоками по строкам. С учетом установленной последовательности исключения неизвестных резервируется место для новых ненулевых элементов.
Формирование матрицы узловых проводимостей. Для ускорения процесса поиска нужного элемента ненулевые элементы этой матрицы, несмотря на симметричность, хранятся полностью. Схема хранения аналогична рассмотренной ранее.
В реальном времени выполняются вычисления, необходимые собственно для оценивания ЭЭС: Ввод текущих ТИ.
Формирование системы уравнений (1.24).
Решение системы уравнений (1.24).
Реализация одного шага итерационного процесса (1.19).
Проверка критерия окончания счета . Если условие не выполняется, перейти к п. 2.
Расчет потокораспределения по результатам оценивания.
Разнесение расчетов во времени существенно упрощает алгоритм оценивания состояния ЭЭС. Возможности, заложенные на подготовительном этапе, определяют как эффективность вычислений в реальном времени в смысле экономии памяти и уменьшения времени счета, так и особенности численной реализации: а) хранение и обработка только верхней треугольной части матрицы коэффициентов системы уравнений (1.24);
б) блочное хранение ненулевых элементов;
в) использование кодировки расстановки ТИ, непосредственно определяющей местоположение блоков ненулевых элементов;
г) вычисление в неявном виде матрицы частных производных без запоминания промежуточных результатов;
д) использование статичной схемы хранения.
Выделение подготовительного этапа, который будет называться формированием расчетной схемы, - это основная концепция построения математического обеспечения информационно-вычислительной подсистемы. Такой подход, поощряя раздельное программирование отдельных задач и их этапов, с одной стороны, максимально упрощает программы решения задач реального времени, с другой стороны, позволяет формировать расчетную схему, пригодную для решения как можно большего числа задач [2].
1.7 Концепции построения математического обеспечения СПУРТ
Математическое обеспечение (МО) - это совокупность баз данных, программное обеспечение (ПО) и математическая модель электрической системы вместе с кодировкой расстановки ТИ, ТС и схемами хранения используемых разреженных матриц.
Распределение исходных данных между подсистемами оперативно-информационного управляющего комплекса (ОИУК), их подготовка и хранение организуются таким образом, чтобы максимально облегчить работу пользователя, наиболее полно использовать имеющуюся в информационно-управляющей подсистеме (ИУП) нормативно-справочную информацию и построить адаптивную математическую модель режима в реальном времени, и, кроме того, ввести жесткую адресацию результатов расчетов для отображения их на дисплеях с использованием форматов. Связь между исходными данными различных ЭВМ, исходными данными и данными, отображаемыми на различные виды терминалов, устанавливается с помощью таблицы соответствия, которая формируется на ЭВМ информационно-вычислительной подсистемы (ИВП) на подготовительном этапе. На этом этапе выполняется наиболее трудоемкая часть расчетов, не требующая расчетов в реальном времени: обслуживание баз данных, выбор и просмотр произвольной информации о расстановке ТИ и ТС, проверка правильности подготовки исходных данных, реализация принципов оптимального упорядочивания, формирование расчетной схемы, определение местоположения ненулевых элементов и упаковка разреженных матриц [3].
Имеющаяся на ЭВМ ИУП нормативно-справочная информация дополняется кодировкой расстановки ТИ и ТС, а на ЭВМ ИВП создается единая для МО база данных. Способы задания отдельных элементов, представления схем замещения и схем электрических соединений достаточно гибки и универсальны и допускают: a упрощенное и детальное представление схемы замещения;
a упрощенное и детальное представление схем электрических соединений;
a любые сочетания представлений схемы замещения и схемы электрических соединений расчетного узла;
a физическое и мнимое удаление элементов из базы данных (элемент не учитывается при формировании расчетной схемы, но сохраняется в базе данных);
a установку измерительного датчика в произвольной точке схемы замещения до (после) поперечной проводимости ветви.
Однозначное соответствие между данными различных ЭВМ обеспечивается кодировкой расстановки ТИ, ТС и использованием «позиционности». Указанное соответствие не меняется (оно может дополняться) при вводе новых объектов и устройств телемеханики.
Программная проверка правильности подготовки исходных данных (представление чисел, соответствие последовательности чисел определенному элементу расчетной схемы, допустимые отношения и предельные значения параметров системы и режима, соответствие классов напряжений, связности графа электрической сети, расстановка ТИ по условию полноты математической модели режима, соответствие кодировки расстановки ТИ, ТС и расчетной схемы, связность узла расчетной схемы по исходным значениям ТС, контроль текущих размерностей массивов и т.п.) осуществляется автоматически при формировании эталонной расчетной схемы [3].
Расстановка ТИ должна выбираться из условия существования и единственности решения математической модели режима ЭЭС. Несмотря на ограниченность числа ТИ, возможные их потери, модель режима, по крайней мере, должна быть полной. С этой целью предусмотрено использование априорных данных, данных режимного дня, эксплуатационных замеров. Указанные данные могут вводиться как вручную (оперативно, в реальном времени), так и автоматически (программно).
База данных рассматривается как автономная, локальная, открытая система, допускающая поэтапное накапливание и расширение исходных данных по мере освоения задач и подключения новых комплексов программ. МО независимо от структуры и содержания базы данных, т. к. используются две базы данных: основная (форматные записи) и рабочая (бесформатные записи). Из основной базы данных в рабочую копируется необходимая информация [3].
Достигнут разумный компромисс между противоречивыми требованиями сокращения времени счета и уменьшением используемой оперативной памяти за счет: a разнесения вычислений как по времени, так и между отдельными программными продуктами;
a использования статичных схем хранения разреженных матриц;
a тесной увязки кодировки расстановки ТИ и ТС и блочных схем хранения, применения единой математической модели ЭС.
Такой подход позволил формировать расчетную схему ЭС вне реального времени (на подготовительном этапе).
Отдельные компоненты ПО взаимодействуют через единую модель электрической системы, подстраиваемую под внешние условия за счет: a коррекции кодировки расстановки ТИ и ТС, текущих значений ТИ, ТС и параметров элементов электрической системы в реальном времени (адаптивный контур);
a оперативной коррекции вручную расстановки ТИ. значений ТС и параметров элементов электрической системы;
a ручной (вне реального времени) коррекции данных на любом уровне предусмотренной иерархии исходных данных.
Эталонные расчетные схемы, учитывающие ввод новых объектов и (или) устройств телемеханики, а также требующие ручной коррекции расстановки ТИ, формируются заблаговременно.
Предусмотрена возможность одновременного хранения десяти эталонных расчетных схем, отражающих наиболее характерные схемы электрических соединений. С этой целью создана база расчетных схем, из которой при решении предусмотренных задач одна из эталонных схем (рабочая) копируется в рабочие файлы.
Для моделирования, анализа и хранения режимов создана база режимов (до 12 режимов). Предусмотрена возможность записи произвольного режима, являющегося результатом решения одной из задач, в базу режимов.
Все расчеты, включая и формирование отображаемых на дисплеях кадров, производятся на ЭВМ ИВП. В ИВП передаются текущие ТИ и ТС циклически или (и) спорадически, информация о местоположении устройств телемеханики посылается только по запросу, в обратном направлении передаются отображаемые на дисплеях кадры [3].
Таким образом, математическое обеспечение ИВП удовлетворяет жестким требованиям, характерным для задач реального времени.
Наиболее трудоемкая часть расчетов, не требующая вычислений в реальном времени, реализована в КП Компоновщик расчетных схем.
2. Комплекс программ компоновщик расчетных схем
2.1 Назначение комплекса программ. Компоновщик расчетных схем
Компоновщик расчетных схем - сервис-оболочка баз данных математического обеспечения, предназначенная для облегчения и ускорения процесса подготовки и отладки исходных данных, создания и поддержания основных баз данных, реализации всех трудоемких расчетов, не связанных с вычислениями в реальном времени, в частности, формировании (компоновки) эталонных расчетных схем.
КП поддерживает единый стиль диалога с пользователем, имеет достаточный набор подсказок и подменю, существенно упрощающих его освоение и работу. Такие возможности, как комбинирование параметров в любом сочетании, совместный анализ параметров различных элементов, классификация па
Список литературы
Выходные документы выводятся в файл, который создается после выбора подменю «Документы».
Выходные документы: таблица соответствия, каталог кадров, параметры системы, расстановка ТИ, расстановка ТС, идентифицируемые элементы. Все они, за исключением параметров системы и расстановки ТИ, могут выдаваться для любой существующей расчетной схемы. a Таблица соответствия устанавливает жесткую позиционную связь между данными, которыми обмениваются ИУП и ИВП. a Каталог кадров содержит шаблоны с указанием адресов для отображения обобщенной информации.
Выходные документы сопровождаются необходимыми пояснениями.
Пользовательский интерфейс КП Компоновщик расчетных схем разработан таким образом, чтобы облегчить работу пользователя, а использование при программировании стандартных элементов интерфейса ОС Windows должно обеспечить единый стиль диалога с пользователем.
3. Особенности windows-программирования
Windows 95 - одна из последних версий графической операционной системы (ОС) Windows, представленной впервые в ноябре 1985 года для использования на компьютерах типа IBM PC и совместимых с ним. За последнее десятилетие ОС Windows почти полностью вытеснила всех конкурентов и стала фактически эталоном ОС для персональных компьютеров.
В Windows 95 объединены средства, имеющиеся в более ранних ОС. К ним также добавлены новые средства, позволяющие более быстро выполнять большие объемы работ.
Программирование под Windows является одним из видов объектно-ориентированного программирования (ООП). В основе ОС Windows лежит ее способность отображать информацию, используя для этого окна. Окно - это прямоугольная область на экране, оно получает информацию от клавиатуры или мыши пользователя и выводит графическую информацию на своей поверхности (можно одновременно открыть несколько окон, чтобы одновременно работать с несколькими приложениями, тем самым увеличив производительность компьютера). Пользователь рассматривает окна на экране в качестве объектов и непосредственно взаимодействует с этими объектами.
Самой примечательной особенностью Windows является графический интерфейс пользователя. Дисплей сам становится источником, откуда в машину вводится информация. Он показывает различные графические объекты в виде картинок и конструкций для ввода информации (таких, как кнопки или полосы прокрутки). Используя клавиатуру или мышь, пользователь может непосредственно манипулировать этими объектами на экране. Графический интерфейс пользователя Windows существенно облегчает диалог с персональным компьютером.
ОС Windows позволяет создавать т.н. «дочерние окна управления». Дочернее окно обрабатывает сообщения мыши и клавиатуры и извещает родительское окно о том, что состояние дочернего окна изменилось. Оно инкапсулирует особые действия, связанные с графическим представлением окна на экране, реакцией на пользовательский ввод, и извещения другого окна при вводе важной информации. Можно создавать свои собственные дочерние окна управления, но есть также возможность использовать преимущества нескольких уже определенных классов окна (и оконных процедур), с помощью которых программа может создавать стандартные дочерние окна управления. Windows содержит следующие предопределенные классы окон: кнопка, радиопереключатель, флажок, окно редактирования, окно списка, окно комбинированного списка, статическое окно, полоса прокрутки.
Для упрощения создания Windows-программ с интерфейсом пользователя, соответствующим интерфейсу оболочки системы, корпорация Microsoft разработала библиотеку органов управления общего пользования (common control library). Она содержит 17 элементов, которые условно можно разделить на четыре категории: органы управления главного окна (панель инструментов, окно подсказки, строка состояния), составные диалоговые органы управления (страница свойств, набор страниц свойств), органы управления Windows Explorer (дерево просмотра, список просмотра) и другие органы управления (например, горячая клавиша, индикатор процесса, окно с движком для выбора значения из диапазона). Как дочерние окна управления, так и органы управления общего пользования часто используются при создании Windows-приложений.
Важной особенностью OC Windows является многозадачность. Под Windows 95 любая программа становится резидентной и несколько программ одновременно могут иметь вывод на экран и выполняться. Кроме того, программы сами по себе могут иметь несколько потоков выполнения, которые, как кажется, выполняются параллельно. В основе этого принципа лежит использование ОС аппаратного таймера для распределения процессорного времени между одновременно выполняемыми процессами. [4]
К основным преимуществам ОС Windows 95 относятся следующие: a улучшенный интерфейс;
a более простое управление файлами, включая поддержку сетевых связей и длинных имен файлов;
a технология Plug and Play автоматически определяет и настраивает дополнительные устройства, подключаемые к компьютеру;
a 32 - битная многозадачная среда позволяет одновременно работать нескольким программам;
a улучшенные средства поиска;
a улучшенная поддержка мультимедиа;
a расширенные возможности установления связей, включая электронную почту, факсы, электронные доски объявлений, Internet;
a управление процессом печати документов.
Рассмотрим более подробно процесс создания прикладной программы Windows.
3.1 Главное окно
Прикладная программа Windows - это любая программа, которая специально написана для работы в операционной среде Windows и использующая интерфейс прикладной программы (API).
Прикладная программа Windows имеет следующие основные компоненты: основную функцию WINMAIN; т.н. «оконную процедуру» - функцию WNDPROC.
WINMAIN - это точка входа в программу. В любой программе для Windows имеется функция WINMAIN, она определяется следующим образом: integer function WINMAIN (HINSTANCE, HPREVINSTANCE, & LPSZCMDLINE, NCMDSHOW).
HINSTANCE - дескриптор (описатель, хэндл) экземпляра. Это уникальное число, идентифицирующее программу, когда она работает под Windows;
HPREVINSTANCE - дескриптор предыдущего экземпляра программы. Под Windows 95 этот параметр всегда NULL;
LPSZCMDLINE - указатель на оканчивающуюся нулем строку, в которой содержатся любые параметры, переданные в программу из командной строки.
NCMDSHOW - число, показывающее, каким должно быть выведено на экран окно в начальный момент.
В большинстве случаев эта функция делает следующее: a вызывает функции инициализации, которые регистрируют классы окон, создают окна и выполняют другие инициализации;
a запускает цикл обработки сообщений из очереди прикладной программы;
a завершает работу программы.
WNDPROC - это функция многократного вызова, т.е. функция программы, которую вызывает Windows. Сама программа никогда не вызывает эту функцию напрямую. Каждое окно имеет соответствующую оконную процедуру. Оконная процедура - это способ инкапсулирования кода, отвечающего за ввод информации и за вывод информации на экран, что реализуется путем посылки «сообщений» окну.
В процессе создания главного окна программы условно можно выделить четыре этапа: регистрация класса главного окна;
создание главного окна;
отображение и корректировка главного окна;
организация цикла сообщений.
Рассмотрим подробнее каждый из этапов.
Регистрация класса окна.
Окно всегда создается на основе класса окна. Класс окна идентифицирует оконную процедуру, которая выполняет процесс обработки сообщений, поступающих окну, а также определяет некоторые атрибуты окна, уникальные для него, такие, например, как форма курсора и имя меню окна. На основе одного класса окна можно создать несколько окон.
Перед созданием окна для программы необходимо зарегистрировать класс окна путем вызова функции REGISTERCLASS: ret = REGISTERCLASS (lpwc). ret - целочисленная переменная, содержащая возвращаемое функцией значение;
lpwc - указатель на структуру типа T_WNDCLASS, содержащую в своих двенадцати полях информацию об имени, атрибутах, ресурсах и функции окна данного класса.
Заполнение структуры и регистрация класса окна производятся в WINMAIN. Если регистрация прошла успешно, функция возвращает число, идентифицирующее регистрируемый класс. В противном случае она возвращает ноль.
Создание окна.
Окно создается с помощью функции CREATEWINDOWEX (она отличается от аналогичной функции CREATEWINDOW возможностью задания «расширенного» стиля окна и наличием параметра, используемого в качестве указателя на какие-то данные, на которые программа в дальнейшем могла бы ссылаться). Эта функция побуждает Windows создать окно, которое имеет указанный тип и принадлежит к определенному классу. Вызов функции CREATEWINDOWEX осуществляется следующим образом: HWND = CREATEWINDOWEX (& INT4 (WS_EX_DLGMODALFRAME), ! «расширенный» стиль окна & LPSZCLASSNAME, ! Имя класса окна & LPSZAPPNAME, ! Заголовок главного окна & INT4 (WS_OVERLAPPEDWINDOW), ! Стиль окна & 0, ! X - координата левого верхнего угла & 0, ! Y - координата верхнего левого угла & GETSYSTEMMETRICS (SM_CXSCREEN) - 32, ! Ширина окна & GETSYSTEMMETRICS (SM_CYSCREEN) - 32, ! Высота окна & NULL, ! Дескриптор родительского окна & HMENU, ! Дескриптор меню окна & HINSTANCE,! Дескриптор экземпляра & NULL) ! Параметры создания
Параметр с комментарием «имя класса окна» содержит строку, являющуюся именем только что зарегистрированного класса окна («Krs_w»). Т.о., этот параметр связывает окно с классом окна.
«Заголовок главного окна» содержит текст, который появляется в строке заголовка («Компоновщик расчетных схем»).
Окно, созданное программой, является обычным перекрывающимся окном с заголовком, системным меню, главным меню, иконками для сворачивания, разворачивания и закрытия окна справа на строке заголовка и рамкой окна (стандартный стиль окон WS_OVERLAPPEDWINDOW). Из предлагаемого ОС Windows набора «расширенных» стилей выбран стиль WS_EX_DLGMODALFRAME, добавляющий окну двойную рамку.
Параметр с комментарием «дескриптор родительского окна» устанавливается в NULL, т. к. у нашего окна отсутствует родительское окно. Параметр HMENU содержит дескриптор меню окна. В параметр HINSTANCE помещается дескриптор экземпляра программы, переданный программе в качестве параметра функции WINMAIN. Параметр с комментарием «параметры создания» при необходимости используется в качестве указателя на какие-нибудь данные, на которые программа в дальнейшем могла бы ссылаться (в рассматриваемой программе такие данные не используются - параметр установлен в NULL).
Вызов CREATEWINDOWEX возвращает дескриптор созданного окна. Этот дескриптор хранится в переменной HWND. Для многих функций Windows в качестве параметра требуется HWND, указывающий Windows, к какому окну применить функцию. Если функция CREATEWINDOWEX не может создать окно, она возвращает NULL.
Отображение и корректировка окна.
Хотя функция CREATEWINDOWEX и создает окно, она автоматически не индицирует его. Программа должна предусмотреть индикацию окна с помощью функции SHOWWINDOW и корректировку области пользователя окна с помощью функции UPDATEWINDOW.
Функция SHOWWINDOW побуждает Windows индицировать новое окно: bret = SHOWWINDOW (HWND, NCMDSHOW)
NCMDSHOW - величина, передаваемая в качестве параметра функции WINMAIN и задающая начальный вид окна на экране;
bret - логическая переменная, содержащая возвращаемое функцией значение.
Функция SHOWWINDOW выводит окно на экран. Вызов функции UPDATEWINDOW вызывает затем перерисовку рабочей области: bret = UPDATEWINDOW (HWND).
При обработке этого вызова в оконную процедуру посылается сообщение WM_PAINT.
Обе функции при успешном завершении возвращают TRUE, в противном случае - FALSE.
Вид главного окна Компоновщика расчетных схем представлен на рисунке 3.1.
Рис. 3.1. Вид главного окна
Как видно из рис. 3.1, главное окно Компоновщика содержит заголовок, строчку меню (структура которого была рассмотрена во 2-ой главе), рабочую область, а также панель инструментов и панель состояния, которые более подробно будут рассмотрены ниже.
Цикл обработки сообщений
Итак, окно окончательно выведено на экран. Теперь программа должна подготовить себя для получения информации от пользователя через клавиатуру и мышь. Windows поддерживает «очередь сообщений» для каждой программы, работающей в данный момент в системе Windows. При вводе информации Windows преобразует ее в «сообщение», которое помещается в очередь сообщений программы.
Цикл обработки сообщений - это программный цикл, при работе в котором функция WINMAIN извлекает сообщения из очереди сообщений и направляет их соответствующим окнам. Для рассматриваемой программы цикл обработки сообщений выглядит следующим образом: do while (GETMESSAGE (mesgt, NULL, 0, 0))! Получить сообщение i = 0 if (HDLGMODELESS. NE. NULL) then ! Диалоговое окно активно? if (ISDIALOGMESSAGE (HDLGMODELESS, mesgt)) i =1! Есть сообщение
! для немодального диалогового окна end if
………! Аналогичным образом распределяются
………! сообщения для других немодальных
………! диалоговых окон, создаваемых программой if (i.ne.0) cycle i = TRANSLATEMESSAGE (mesgt) ! Транслировать сообщение i = DISPATCHMESSAGE (mesgt) ! Отправить сообщение end do
Вызов функции GETMESSAGE, с которого начинается цикл обработки сообщений, извлекает сообщение из очереди сообщений. Этот вызов передает Windows указатель на структуру mesgt типа T_MSG. Второй, третий и четвертый параметры, установленные в NULL или 0, показывают, что программа получает все сообщения от всех окон, созданных этой программой. Windows заполняет поля структуры сообщений информацией об очередном сообщении из очереди сообщений. Наиболее важными полями этой структуры являются: a HWND - дескриптор окна, для которого предназначено сообщение;
a message - тип сообщения;
a WPARAM, LPARAM - два 32-разрядных параметра сообщения, смысл и значение которых зависят от особенностей сообщения.
Если поле message сообщения, извлеченного из очереди сообщений, равно любому значению, кроме WM_QUIT, то функция GETMESSAGE возвращает TRUE. Сообщение WM_QUIT заставляет программу прервать цикл обработки сообщений.
При организации цикла обработки сообщений программы, создающей в ходе работы немодальные окна диалога, необходимо учитывать, что сообщения для немодальных окон диалога проходят через очередь сообщений программы. Цикл обработки сообщений должен передавать такие сообщения соответствующим оконным процедурам окон диалога. Это реализуется следующим образом. Функция создания немодального диалога CREATEDIALOG возвращает дескриптор окна (не равный 0), который запоминается в глобальной переменной (например, HDLGMODELESS). Если диалог создан и сообщение предназначено для него, то функция ISDIALOGMESSAGE отправляет сообщение оконной процедуре окна диалога, возвращая TRUE, тогда вспомогательная переменная i принимает значение 1, сигнализируя тем самым о перехвате сообщения диалоговым окном. В противном случае функция возвращает FALSE и переменная i не меняется. Если созданы и другие активные немодальные диалоги, то для них реализуются аналогичные операции. Таким образом гарантируется, что функции TRANSLATEMESSAGE и DISPATCHMESSAGE будут вызываться только тогда, когда немодальные окна диалога не созданы или нет сообщений для них.
Т.к. программе необходимо обрабатывать вводимые с клавиатуры символы, нужно преобразовывать каждое полученное сообщение с помощью функции TRANSLATEMESSAGE. Эта функция отыскивает пары сообщений WM_KEYDOWN и WM_KEYUP и генерирует соответствующее сообщение WM_CHAR.
Функция DISPATCHMESSAGE отправляет сообщение для его обработки соответствующей оконной процедуре. В рассматриваемой программе такой оконной процедурой является функция MAINWNDPROC. После того, как MAINWNDPROC обработает сообщение, оно возвращается в Windows, которая все еще обслуживает вызов функции DISPATCHMESSAGE. Windows возвращает управление в программу к следующему за вызовом DISPATCHMESSAGE оператору и цикл обработки сообщений в очередной раз возобновляет работу, вызывая GETMESSAGE.
Реальная работа начинается в оконной процедуре, которая обеспечивает реакцию на вводимую информацию и сообщения системы управления окнами, получаемые от Windows.
3.2 Процедура обработки сообщений
Оконная процедура определяется следующим образом: integer function MAINWNDPROC (HWND, mesg, WPARAM, LPARAM).
Первым параметром является HWND, дескриптор получающего сообщение окна. Второй параметр - число, которое идентифицирует сообщение. Параметры WPARAM и LPARAM содержат дополнительную информацию о сообщении и называются «параметрами сообщения». Конкретное значение этих параметров определяется типом сообщения.
Обработка сообщений
Оконная процедура получает сообщения от Windows. Это могут быть сообщения о вводе, переданные функцией WINMAIN (например, WM_KEYDOWN, WM_KEYUP, WM_MOUSEMOVE, WM_TIMER), или сообщения системы управления окнами, поступающие непосредственно от Windows в обход очереди прикладной программы или цикла обработки сообщений (например, WM_CREATE, WM_DESTROY, WM_PAINT). Каждое получаемое окном сообщение идентифицируется номером, который содержится в параметре mesg оконной процедуры. В модуле MSFWINTY.F90 Fortran POWERSTATION 4.0 определены именованные константы, начинающиеся с префикса WM для каждого типа сообщений.
Обычно используется конструкция select case для определения того, какое сообщение получила оконная процедура и как его обрабатывать. Если оконная процедура обрабатывает сообщение, то ее возвращаемым значением должен быть 0. Все сообщения, не обрабатываемые оконной процедурой, должны передаваться функции Windows, которая называется DEFWINDOWPROC. Значение, возвращаемое этой функцией, должно быть возвращаемым значением оконной процедуры.
Первое сообщение, которое получает оконная процедура - это WM_CREATE. Когда Windows обрабатывает функцию CREATEWINDOWEX в WINMAIN, она вызывает MAINWNDPROC с дескриптором окна в качестве первого параметра и с WM_CREATE в качестве второго. MAINWNDPROC обрабатывает сообщение WM_CREATE и передает управление обратно в Windows, которая, в свою очередь, возвращается обратно в WINMAIN.
Следующим обрабатывается сообщение WM_SIZE. Определяются размеры рабочей области, панели инструментов и панели состояния. Windows посылает в оконную процедуру сообщение WM_SIZE при любом изменении размеров окна. Переменная LPARAM, переданная в оконную процедуру, содержит ширину рабочей области в младшем слове и высоту в старшем слове.
Сообщения WM_PARENTNOTIFY и WM_RBUTTONDOWN обрабатывают сообщения, поступающие соответственно от панели инструментов и всплывающего меню.
В программе необходимо обрабатывать символы клавиатуры, поэтому она должна обрабатывать сообщения WM_CHAR. Параметр LPARAM, передаваемый в оконную процедуру как часть символьного сообщения, является таким же, как параметр LPARAM аппаратного сообщения клавиатуры, из которого сгенерировано символьное сообщение. Параметр WPARAM - это код символа ASCII. Особым образом обрабатываются клавиши , и . Все остальные символы обрабатываются похожим образом.
Сообщение WM_KEYDOWN используется для определения нажатой клавиши или комбинации клавиш.
При щелчке мыши на разрешенном пункте меню генерируется сообщение WM_COMMAND (при выборе недоступного или запрещенного пункта меню данное сообщение не генерируется).
Сообщение WM_PAINT сообщает программе, что часть или вся рабочая область окна недействительна, и ее следует перерисовать.
При создании окна недействительна вся рабочая зона, поскольку программа еще ничего в окне не нарисовала. При изменении размера окна рабочая область также становится недействительной и содержимое рабочей области не сохраняется. В графической среде это привело бы к тому, что пришлось бы хранить слишком много данных. Вместо этого Windows делает недействительным все окно. Оконная процедура получает сообщение WM_PAINT и восстанавливает содержимое окна.
При перемещении окон так, что они перекрываются, Windows не сохраняет ту часть окна, которая закрывается другим окном. Когда эта часть окна позже открывается, Windows помечает его как недействительное. Оконная процедура получает сообщение WM_PAINT для восстановления содержимого окна.
Последним сообщением является сообщение WM_DESTROY. Это сообщение показывает, что Windows находится в процессе ликвидации окна в ответ на полученную от пользователя команду. Программа стандартно реагирует на это сообщение, вызывая POSTQUITMESSAGE (0). Эта функция помещает сообщение WM_QUIT в очередь сообщений программы. Когда функция GETMESSAGE получает это сообщение, работа цикла обработки сообщений прерывается и программа заканчивает свою работу, выходя в систему.
3.3 Модальный и немодальный диалог
Окно диалога - это окно, которое прикладные программы используют для индицирования или запроса информации. Наиболее часто окна диалога используются для получения от пользователя дополнительной информации сверх той, которую может обеспечить меню.
Окно диалога обычно имеет вид всплывающего окна с разнообразными дочерними окнами элементов управления внутри. Размер и расположение этих дочерних окон задается в шаблона окна диалога в файле описания ресурсов программы. Windows 95 обеспечивает возможность создания всплывающих окон диалога и дочерних окон элементов управления в нем, а также возможность обработки оконной процедурой сообщений окна диалога. При использовании дочерних окон элементов управления, Windows берет на себя решение многих задач (например, управляет всей логикой переключения фокуса ввода между дочерними окнами элементов управления в окне диалога).
Оконная процедура окна диалога - это функция многократного вызова, которую вызывает Windows, когда она имеет сообщение для окна диалога. Как правило, внутри процедуры диалога не реализуется слишком много функций. Исключение составляют лишь инициализация дочерних окон элементов управления при создании окна диалога, обработка сообщений от дочерних окон элементов управления и завершение работы с окном диалога (т.е. обрабатываются сообщения WM_INITDIALOG, WM_COMMAND, WM_DESTROY). Оконная процедура окна диалога возвращает FALSE (0), если она не обрабатывает сообщение, или TRUE (ненулевое значение), если обрабатывает.
Рассмотрим отдельно модальные и немодальные окна диалога.
Модальное окно диалога.
Модальное окно диалога - это окно, которое индицирует информацию и запрос на ввод от пользователя. Оно называется модальным, поскольку делает родительское окно временно недоступным и заставляет пользователя закончить запрашиваемые действия перед возвратом управления родительскому окну, т.е. нельзя переключаться между окном диалога и другими окнами программы. Но, несмотря на наличие на экране окна диалога, пользователь может переключиться на другие программы. Некоторые окна диалога (называемые системными модальными окнами - system modal) этого делать не позволяют. Системное модальное окно диалога вынуждает пользователя, перед тем как он получит возможность сделать что-либо другое в Windows, завершить работу с ним.
Модальное окно диалога запускает свой собственный цикл обработки сообщений из очереди прикладной программы без возврата в функцию WINMAIN.
Для создания модального окна диалога программа вызывает функцию DIALOGBOX (могут также использоваться функции DIALOGBOXINDIRECT, DIALOGBOXPARAM, DIALOGBOXINDIRECTPARAM): NRESULT = DIALOGBOX (HINSTANCE, LPTEMPLATE, HWNDPARENT, LPDIALOGFUNC).
NRESULT - переменная, принимающая значение -1 при неуспешном завершении функции, в обратном случае возвращаемое значение - параметр NRESULT функции ENDDIALOG, которая завершает работу модального окна диалога;
HINSTANCE - дескриптор экземпляра;
LPTEMPLATE - этот параметр идентифицирует шаблон окна диалога;
Работа модального окна диалога завершается с помощью функции ENDDIALOG: bret = ENDDIALOG (HDLG, NRESULT).
NRESULT - определяет значение, которое будет возвращено приложению от функции DIALOGBOX, создавшей диалоговое окно;
HDLG - дескриптор диалогового окна.
Логическая переменная bret принимает значение TRUE или FALSE соответственно при успешном или неуспешном завершении.
Windows не возвращает управление родительскому окну до тех пор, пока не вызвана функция ENDDIALOG.
Немодальное окно диалога.
В отличие от модального окна диалога, немодальное окно диалога не делает недоступным родительское окно, позволяя тем самым пользователю переключаться между окном диалога и окном, в котором оно было создано, а также между окном диалога и остальными программами.
Немодальное окно диалога получает информацию через цикл обработки сообщений функции WINMAIN (см. п. 3.1).
Для создания немодального окна используется функция CREATEDIALOG (могут также использоваться функции CREATEDIALOGINDIRECT, CREATEDIALOGPARAM, CREATEDIALOGINDIRECTPARAM): HDLGMODELESS = CREATEDIALOG (HINSTANCE, LPTEMPLATE, & HWNDPARENT, LPDIALOGFUNC).
Параметры этой функции те же, что и параметры функции DIALOGBOX. Отличие состоит в том, что дескриптор окна диалога возвращается сразу же после выполнения функции CREATEDIALOG и, как правило, хранится в глобальной переменной.
Для закрытия немодального окна диалога используется функция DESTROYWINDOW: bret = DESTROYWINDOW (HDLG).
Функция возвращает значение bret, равное TRUE или FALSE соответственно при успешном или неуспешном завершении. После вызова функции DESTROYWINDOW глобальная переменная, содержащая дескриптор немодального окна диалога, должна быть установлена в ноль.
К немодальным окнам диалога относятся окна панели состояния и панели инструментов, используемые в КП Компоновщик. Эти два окна всегда находятся на экране.
3.4 Панель инструментов
Панель инструментов предназначена для реализации дополнительных функций, предоставляемых программой.
Панель инструментов представляет собой немодальное окно диалога, содержащее набор битовых картинок и стандартные (зарегистрированные) дочерние окна управления. Выводится панель инструментов в верхнюю часть главного (родительского) окна, размер и местоположение панели устанавливаются с помощью функции SETWINDOWPOS.
Вид панели инструментов представлен на рис. 3.2.
Рис. 3.2. Вид панели инструментов
В рассматриваемой программе на панель инструментов вынесены следующие наиболее часто употребимые функции: a вставить копию текущей строки;
a вставить новую строку после текущей;
a удалить текущую строку;
a восстановить ранее удаленные строки;
a ввести шаблон поиска (эта функция реализована с помощью стандартного дочернего окна управления класса «окно редактирования»);
a поиск по шаблону вниз;
a поиск по шаблону вверх;
a сортировать в порядке возрастания;
a сортировать в порядке убывания;
a буфер обмена;
a калькулятор;
a печать;
a выбор титров;
a локальная помощь;
a помощь.
Кроме того, на панели инструментов имеются радиокнопки, предназначенные для реализации дополнительных функций подготовки и обработки данных: трансляции, протокола, редактирования названий узлов и др.
Каждый раз при открытии дочернего окна панель инструментов активизирует доступные ему функции.
Входные параметры панели инструментов.
В рассматриваемой программе панель инструментов создается путем вызова функции CREATEDIALOG: HPNUPR = CREATEDIALOG (HINSTANCE, LOC («PNUPR» C), HWND, LOC(PNUPR)).
Параметры этой функции содержат следующую информацию: HINSTANCE - дескриптор экземпляра программы;
LOC(‘’PNUPR’’C) - идентифицирует шаблон блока диалога. Этот параметр является адресом символьной строки, в которой содержится имя шаблона диалогового окна;
HWND - дескриптор родительского окна. Для панели инструментов родительским является главное окно программы;
LOC(PNUPR) - адрес процедуры диалога.
Функция возвращает дескриптор панели инструментов, который хранится в глобальной переменной HPNUPR.
Процедура диалогового окна панели инструментов определяется следующим образом: integer function PNUPR (HDLG, message, WPARAM, LPARAM)
Параметры процедуры диалога аналогичны параметрам оконной процедуры главного окна: HDLG - дескриптор окна диалога; message - переменная, идентифицирующая сообщение; параметры WPARAM и LPARAM содержат дополнительную информацию о сообщении.
Процедура диалогового окна панели инструментов обрабатывает только два типа сообщений: а) WM_INITDIALOG; это сообщение посылается процедуре диалога при создании диалогового окна прежде, чем оно отображается на дисплее. При получении этого сообщения процедура диалога вычисляет высоту панели инструментов, используя для этого функцию GETWINDOWRECT: bret = GETWINDOWRECT (HDLG, rect).
Функция заполняет поля структуры rect типа T_RECT информацией о размерах рабочей области диалогового окна панели инструментов. Затем вычисляется высота диалогового окна: YDLG = rect % bottom - rect % top.
Вычисленное значение хранится в глобальной переменной YDLG. б) дочерние окна управления панели инструментов посылают процедуре диалогового окна сообщения WM_COMMAND. Параметры этого сообщения содержат идентификатор дочернего окна (младшее слово параметра WPARAM), код уведомления (старшее слово WPARAM) и дескриптор дочернего окна управления, пославшего сообщение (LPARAM). В рассматриваемой программе дочерними окнами управления панели инструментов являются окно ввода шаблона поиска и радиокнопки. Процедура диалога при получении сообщения WM_COMMAND определяет по младшему слову параметра WPARAM идентификатор дочернего окна, от которого пришло сообщение, и выполняет соответствующие действия.
Выходные параметры панели инструментов.
Выходными параметрами панели инструментов являются сообщения активному на данный момент дочернему окну или панели состояния.
Сообщение активному дочернему окну посылается в случае, если левой кнопкой мыши выбран какой-либо орган управления на панели инструментов. Щелчок правой кнопкой мыши на любом органе управления (исключая окно ввода шаблона поиска) заставляет программу вывести в панель состояния текст, поясняющий предназначение выбранного органа управления.
Алгоритм, реализующий вышесказанное, выглядит следующим образом.
1. Нажата кнопка мыши?
Если нажата правая кнопка: а) определить выбранный на панели инструментов орган управления;
б) вывести соответствующее выбранному органу управления текстовое пояснение в предназначенное для этого поле панели состояния.
Если дочернее окно активно и нажата левая кнопка: а) определить выбранный на панели инструментов орган управления;
Каждый раз при щелчке правой или левой кнопкой мыши над рабочей областью панели инструментов оконной процедуре главного окна посылается сообщение WM_PARENTNOTIFY, содержащее в своих параметрах следующую информацию: a идентификатор панели инструментов;
a какая именно кнопка мыши нажата;
a координаты курсора в момент нажатия.
Оконная процедура при обработке этого сообщения вызывает последовательно две подпрограммы - HELPPNUPR и (при условии, что дочернее окно активно) GETIDPNUPR, в которых и реализуется первый шаг алгоритма.
Когда дочернему окну посылается сообщение на поиск по шаблону, оно, в свою очередь, посылает сообщение IDOK панели инструментов для насильственного чтения шаблона.
По окончании работы подпрограмм возобновляется выполнение цикла обработки сообщений.
В рассматриваемой программе процедура диалога панели инструментов и указанные подпрограммы объединены в одном модуле, что позволяет рассматривать панель инструментов как «черный ящик» (объект). «Черный ящик» получает некоторые сообщения и определенным образом на них реагирует (рис. 3.3).
Рис. 3.3. Панель инструментов
Панель инструментов отображается на поверхности главного окна все время и уничтожается только по завершении работы.
3.5 Панель состояния (строка состояния)
Панель состояния предназначена для вывода на экран необходимой пользователю информации.
Панель состояния представляет собой немодальное окно диалога, которое выводится в нижнюю часть главного (родительского) окна. Размер и местоположение панели устанавливаются с помощью функции SETWINDOWPOS.
Вид панели состояния показан на рис. 3.4.
Рис. 3.4. Вид панели состояния.
В рассматриваемой программе панель состояния используется для отображения краткого описания органов управления панели инструментов при их просмотре пользователем, а при наличии активного дочернего окна - и для отображения количества записей и номера записи, с которой пользователь работает в текущий момент времени. Поля панели состояния, в которых отображается вышеуказанная информация, представляют собой статические дочерние окна управления (предопределенного класса «статическое окно»). Панель состояния содержит также один орган управления общего пользования - т.н. прогресс-индикатор, отображающий динамику длительной операции как процент от выполненной задачи.
Входные параметры панели состояния.
В рассматриваемой программе панель состояния создается функцией CREATEDIALOG: HPNSOST = CREATEDIALOG (HINSTANCE, LOC («PNSOST» C), HWND, LOC(Pnsost)).
Параметры этой функции являются входными параметрами для панели состояния. Первый и третий из них аналогичны соответствующим входным параметрам панели инструментов. Параметр LOC («PNSOST» C) идентифицирует шаблон диалогового окна панели состояния. Параметр LOC(Pnsost) содержит адрес процедуры диалога панели состояния.
Функция возвращает дескриптор панели состояния, который хранится в глобальной переменной HPNSOST.
Процедура диалогового окна панели состояния определяется следующим образом: integer function Pnsost (HDLG, message, WPARAM, LPARAM).
Ее параметры аналогичны параметрам процедуры диалога панели инструментов.
В рассматриваемой программе процедура диалогового окна панели состояния получает и обрабатывает только сообщение WM_INITDIALOG. При получении этого сообщения процедура диалога вычисляет высоту панели состояния аналогично тому, как это реализовано в процедуре диалога панели инструментов. Вычисленное значение хранится в глобальной переменной YPNSOST.
Отображение информации.
Для вывода информации в дочернее окно управления панели состояния используется функция
SETDLGITEMTEXT (HWNDDLG, IDCONTROL, lpsz).
Параметры этой функции следующие: HWNDDLG - дескриптор диалогового окна (в нашем случае это глобальная переменная HPNSOST);
Параметр Msg здесь - переменная, содержащая посылаемое сообщение, а параметры WPARAM и LPARAM содержат дополнительную информацию о сообщении.
Панель состояния отображается на поверхности главного окна все время работы программы и уничтожается только по завершении работы.
3.6 Строковый редактор
Строковый редактор предназначен для отображения и редактирования текстовых данных.
Строковый редактор является дочерним окном оконного редактора и выводится на его рабочую поверхность. Размер и местоположение строкового редактора устанавливаются с помощью функции SETWINDOWPOS в оконном редакторе. Высота окна строкового редактора определяется высотой используемого шрифта, ширина - длиной редактируемого текста.
Работа со строковым редактором.
Оконный редактор содержит текстовые данные в виде страницы, состоящей из нескольких строк. Каждая строка разбивается на поля. Каждое поле - это определенное число (параметр). Содержимое текущего поля, т.е. поля, доступного для редактирования, помещается в окно строкового редактора (далее - «окно»), которое отмечено двойным бордюром.
Каретка перемещается внутри «окна». Если каретка достигает границы «окна» (левой или правой), то дальнейшее движение в том же направлении приводит к перемещению «окна». Если же «окно» находится на левой или правой границе страницы, то его дальнейшее перемещение в том же направлении приводит к «листанию» страницы вправо / влево.
Перемещения «окна» по странице (страницам) возможны следующие: вверх / вниз на одну строку; влево / вправо на одно поле; в начало / конец строки; на ту же позицию предыдущей / последующей страницы («листание» вверх / вниз); на ту же позицию первой / последней страницы.
Ввод текстовых данных и все коррекции производятся внутри «окна». Если каретка находится на правой границе «окна», то после ввода «окно» перемещается вправо на одно поле (если это возможно).
Внутри «окна» символы можно удалять по одному или группами (слева / справа от позиции каретки, удалить все содержимое «окна»).
Создание окна строкового редактора.
Создание окна строкового редактора происходит при обработке сообщения WM_CREATE в оконной процедуре оконного редактора. Для этого используется рассмотренная ранее функция CREATEWINDOWEX. Она возвращает дескриптор окна строкового редактора, который хранится в глобальной переменной HWEDIT. Следует отметить, что при регистрации класса окна строкового редактора стиль окна задается как комбинация следующих стилей: a CS_V
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
