WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

В третьей главе диссертации разработана программная реализация предложенного алгоритма и анализируются особенности функционирования этого программного приложения с основной целью – исследования эффективности применения сформированной задачи управления выбором параметров ИКБО и алгоритмов ее решения. В качестве среды, в которую встраивается разработанная информационная модель, рассмотрена среда проектирования и моделирования (СПМ), реализованная в ОАО «ОКБ Сухого».

Проанализированы на предмет применимости в качестве программного окружения узконаправленные нейропакеты, такие как ModelQuest, Process Advisor, Neuro Office, MultiNeuron, широко распространенные средства моделирования ИсНС Matlab (NeuralNetworks Toolbox) и Statistica Neural Networks и программные библиотеки, позволяющие реализовать требуемые нейросетевые структуры.

Несмотря на очевидные преимущества программных пакетов Matlab и Statistica, при рассмотрении возможности применения данных пакетов для реализации и построения информационной модели ИКБО возникает проблема, связанная с интеграцией полученных результатов в СПМ для дальнейшего использования. Решаемая задача принципиально предполагает реконфигурацию используемых на этапе предварительного проектирования ИКБО моделей. Названные пакеты не позволяют проводить этот процесс без дополнительных сложных операций, которые кроме того имеют неустойчивый характер.

В диссертационной работе предложена структура, представленная на рис. 3, которая определяет роль информационной модели как дополнительного инструмента по управлению выбором параметров ИКБО на этапе предварительного проектирования. Она включает информационную систему проектирования прототипов КБО, систему общей диспетчеризации и мониторинга, имитаторы органов управления и программно математических моделей (ПММ), составляющие информационно-управляющего поля кабины и разработанную информационную модель бортового оборудования, позволяющую управлять процессом моделирования.

В свою очередь информационная система проектирования прототипов КБО используется для решения задач создания КБО на этапах, начиная от разработки бортовых алгоритмов до формирования ПММ (прототипа).

Система общей диспетчеризации и мониторинга обеспечивает работу алгоритмов и ПММ по информации, полученной от системы проектирования прототипов КБО, и гарантирует работу математических моделей, входящих в исследуемый прототип, в соответствии с проектируемыми протоколами информационного взаимодействия.

Имитаторы органов управления и ПММ, а также составляющие информационно-управляющего поля кабины предназначены для формирования управляющих сигналов как непосредственного ручного управления самолетом, так и его автоматического управления, а кроме того, для смены типа представления полетной информации.

Разрабатываемая информационная модель бортового оборудования, позволяющая управлять процессом моделирования, предназначена для проектирования моделей бортовых систем на базе использования полученных экспериментальных данных.

Для реализации информационной модели в предложенной структуре проанализированы существующие программные библиотеки по ИсНС. На основании этого анализа для реализации как удовлетворяющая требуемым условиям, наиболее проработанная, удобная и открытая для использования выбрана программная библиотека FANN 2.1, находящаяся в свободном доступе и постоянно поддерживаемая участниками проекта.

Выбор среды программирования проводился с учетом опыта создания программных приложений, а также с общими принципами, которые, в частности, установлены на предприятии ОАО «ОКБ Сухого». Так для разработки приложений, использование которых предполагается в более крупных программных средствах, применяется та среда программирования, в которой была разработана головная программа. Исходя из данных утверждений, в качестве среды программирования выбрана Microsoft Visual Studio 8.0 2005.

Разработанная программа построения информационных моделей бортовых систем («Inform Model Design») предназначена для проектирования и использования информационных моделей составных частей ИКБО, основной интерфейс которой представлен на рис. 4. В программе реализованы следующие функции:

  • формирование структуры информационной модели, ее сохранение и загрузка;
  • формирование обучающих данных, обучение созданной информационной модели;
  • формирование тестовых данных, тестирование информационной модели;
  • использование полученной информационной модели (интерфейс представлен на рис.5).

Выбор параметров проектируемого ИКБО проведен на двух задачах. В качестве первой задачи выбрана задача определения взаимных координат в группе летательных аппаратов, где необходимо оценить влияние коэффициентов фильтрации, на итоговое вычисление дальности между двумя объектами (рис. 5). Следующая задача включала поиск источника формирования управляющих сигналов, поступающих в модель КСУ. С помощью разработанного программного приложения установлено, что в рассматриваемом режиме моделирования параметры формировались блоком маловысотного полета (рис. 6). Как в первом, так и во втором тестовом примере разработанное программное приложение позволило определить параметры, влияющие на формирование выходного параметра, выбранного пользователем.

Для использования разработанного программно-алгоритмического обеспечения необходима следующая минимальная конфигурация компьютера: Pentium IV 2.4 Ггц, 1024 Mb ОЗУ, Keyboard, Mouse.

В четвертой главе разработанное математическое и программное обеспечение протестировано на хорошо проработанной классическими методами задаче построения программы набора высоты ЛА.

Для формирования обучающей и тестовой (обобщающей) выборки использованы экспериментальные данные о программе набора высоты перспективного ЛА. Ограничения на проведение эксперимента складывались из нескольких пунктов:

  • начальной точкой движения ЛА является точка с координатами (0;0);
  • вес ЛА и вес топлива в начальный момент времени постоянны;
  • в качестве данных для обучения ИсНС использовались данные полученные в ходе расчета программы наборы высоты;
  • в качестве критерия выхода в заданную точку, выбран критерий минимального времени;
  • погрешность результатов работы информационной модели должна укладываться в 10% коридор.

Первая очередь экспериментов включала создание информационной модели посредством экспертного определения структуры ИсНС и ее свойств.

При описании результатов экспериментов все числовые данные приведены в условных единица (у.е.). Программа набора высоты представлена в осях координат «число Маха (М) – высота (Н)».

Для оценки способности к обучению информационной модели выбраны две точки с координатами (Н = 7 у.е.; М = 1.2 у.е.), (Н = 11 у.е.; М = 1.8 у.е.), входящие в обучающую выборку. В качестве примера на рис. 7 представлены результаты тестирования модели на точке (Н = 7 у.е.; М = 1.2 у.е.). Результаты всех экспериментов укладываются в 2% коридор.

Для оценки способности к обобщению информационной модели выбраны две точки с координатами (Н = 18 у.е.; М = 1.4 у.е.), (Н = 20 у.е.; М = 2.2 у.е.), не входящие в обучающую выборку. В качестве примера на рис. 8 представлены результаты тестирования модели на точке (Н = 18 у.е.; М = 1.4 у.е.). Результаты всех экспериментов укладываются в 5% коридор.

Вторая очередь экспериментов включала создание информационной модели посредством автоматизированного определения структуры ИсНС и ее свойств. Для тестирования были выбран те же точки, что и для случая обучения с экспертом. Результаты работы информационной модели на множестве обучения представлены на рис. 9 (экспериментальные данные укладывались в 5% коридор), а на множестве обобщения - на рис. 10 (экспериментальные данные укладывались в 10% коридор).

Таким образом, информационная модель на базе ИсНС продемонстрировала свою работоспособность на всем участке возможных значений и адекватную способность к обучению (погрешность не превышает 5%).

Для случая демонстрации обобщающих способностей информационной модели получена достаточная для практики точность (погрешность не выходит из 10% коридора).

Следует отметить, что использование разработанного программно-алгоритмического аппарата позволяет более, чем в 10 раз снизить требования к необходимым для проведения при проектировании блоков ИКБО вычислительным ресурсам по сравнению с классическими методами.

Основные результаты работы

  1. Для управления выбором параметров в ходе процесса проектирования ИКБО с использованием современных сред моделирования поставлена задача построения специальной структуры, обычно называемой информационной моделью, как дополнительного инструмента проведения этого процесса и определены основные задачи исследования.
  2. На основе анализа выбран метод построения информационной модели ИКБО на базе ИсНС. Архитектура этой ИсНС соответствует многослойной сети с последовательными связями, что дает возможность к обобщению, адаптации и аппроксимации ряда задач, в том числе и решаемой. Выбран метод обучения ИсНС и на его основе синтезирован алгоритм обучения, позволяющий настроить ИсНС на решение задачи управления выбором параметров в ходе процесса проектирования ИКБО.
  3. Разработано программное обеспечение «Inform Model Design» и выбрано программное окружение для реализации алгоритма управления выбором параметров ИКБО на базе среды программирования Microsoft Visual Studio 2008, и указаны особенности ее взаимодействия с внешними компонентами.
  4. Применение разработанного программно-алгоритмического обеспечения позволяет существенно снизить требования к аппаратным ресурсам для проведения процесса моделирования на этапе проектирования ИКБО, так для рассмотренной при тестировании задачи, потребность в вычислительных ресурсах снизилась более чем в 10 раз.
  5. Поставлена и решена задача построения ИсНС для определения программы набора высоты ЛА с целью проверки в ходе тестирования разработанного программно-алгоритмического обеспечения. Проведено тестирование ИсНС в два этапа: на первом этапе структура установлена пользователем-экспертом, на втором, алгоритмом программы. Тестирование подтвердило, что применение разработанного математического и программного обеспечения при выборе параметров в ходе моделирования блоков ИКБО на этапе проектирования позволяет удовлетворить практические требования по точности выбора (10% коридор) и существенно сократить требования к вычислительным ресурсам для проведения процесса выбора.
  6. Проведено моделирование с целью выбора параметров отдельных блоков КБО на этапе предварительного проектирования на реальных данных Результаты моделирования подтвердили, что разработанное программно-алгоритмическое обеспечение позволяет проанализировать параметры проектируемого комплекса в ходе эксперимента и выбрать эти параметры для корректировки. Разработанное средство позволяет поддержать решение опытного высококвалифицированного эксперта-проектировщика, либо провести выбор в автоматическом режиме, когда такого эксперта нет.
  7. Разработанное программное обеспечение внедрено в процесс управления моделированием блоков ИКБО в ОАО «ОКБ Сухого» с целью выбора их параметров, что подтверждается соответствующим актом.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

  1. Видов К.С. Автоматическое формирование отчетов по результатам моделирования и спецификации алгоритмов.// Тезисы докладов 5-ой международной конференции «Авиация и космонавтика 2006». – М: Изд-во МАИ, 2006, с. 152-153.
  2. Видов К.С. Программное обеспечение для исследования комплексных имитационных моделей на ранних этапах разработки программных комплексов.// Труды ХVI Международного научно-технического семинара «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации». – М.: МИФИ, 2007, с. 138-139.
  3. Видов К.С., Павлова Н.В., Петров В.Г. Определение взаимных координат летательных аппаратов в группе.// Сборник «Проектирование, конструирование и производство авиационной техники.» – М: Изд-во МАИ, 2005, с. 66-68.
  4. Видов К.С., Отвечалов А.В., Павлова Н.В., Петров В.Г. Имитационная модель радиоинерциальнодопплеровской системы измерения скорости и счисления пути.// Труды ХIII Международного научно-технического семинара «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации». – М.: МГУ, 2004, с. 417-418.
  5. Видов К.С., Павлова Н.В. Программное обеспечение для тестирования и оптимизации программных комплексов на ранних этапах разработки.// Труды ХV Международного научно-технического семинара «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации» – М.: МИФИ, 2006, с.150.
  6. Павлова Н.В., Видов К.С. Интеллектуальная информационная модель для проектирования комплексов бортового оборудования.// Интеллектуальные системы и технологии. Труды научной сессии МИФИ 2008, Том 10 - М: МИФИ. 2008, с.66-67.
  7. Павлова Н.В., Петров В.Г., Видов К.С. Диалоговый комплекс прототипирования и имитационного моделирования бортового оборудования на основе информационной модели. // «Мехатроника. Автоматизация. Управление», №4, 2008, с. 17-21.
  8. Разработка метода поддержки решения на базе моделирования измерительно-вычислительных комплексов с использованием сложных имитационных моделей и обеспечения концепции электронного макета и механизма гибкого конструирования и поддержания межмодельных связей. Отчет по НИР «Разработка научно-технических основ создания высокоэффективных систем управления, пилотажно-навигационных, приборных комплексов и электро-энергетических систем летательных аппаратов на основе современных информационных технологий». Тема № 1.5.06. Руководитель работы В.А.Постников. М.: МАИ.
    Pages:     | 1 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»