WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |

На правах рукописи

ТРОЯНОВСКИЙ Владимир Михайлович

АНАЛИЗ И ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ

СТОХАСТИЧЕСКИХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Специальность: 05.13.01 – Системный анализ, управление

и обработка информации

(вычислительная техника и информатика)

Автореферат диссертации,

представленной на соискание ученой степени

доктора технических наук

Москва, 2008

Работа выполнена в Московском государственном институте электронной техники (техническом университете) на кафедре «Информатика и программное обеспечение вычислительных систем».

Научный консультант доктор технических наук,

профессор Бондаревский А.С.

(г.н.с. ОАО «Ангстрем-М»),

г. Москва, Зеленоград

Официальные оппоненты:

Першин И.М.,

доктор технических наук,

профессор (Пятигорский государственный технологический университет)

Петров Ю.П.,

доктор технических наук,

профессор (Санкт-Петербургский государственный университет)

Кравченко П.П.,

доктор технических наук,

профессор (зав. кафедрой МОП ЭВМ Технологического Института ЮФУ в г. Таганроге)

Ведущая организация:

Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова

РАН, г. Москва

Защита диссертации состоится «11» декабря 2008г. на заседании диссертационного совета Д212.208.22 в Технологическом институте Южного федерального университета в г. Таганроге.

Адрес: 347928, Ростовская обл., г. Таганрог, ГСП-17А, пер. Некрасовский, 44, ауд. Д-406.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЮФУ.

Автореферат разослан «__» _________200__г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

д.т.н.. проф. А.Н. Целых

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Наступивший XXI век – век информатизации. Расширение возможностей ЭВМ и их проникновение во все сферы человеческой деятельности потребовали создания:

- сложных методов, алгоритмов и программ из области «системного анализа, управления и обработки информации»;

- реализующих эти методы, алгоритмы и программы информационно-управляющих систем (ИУС).

Высокоуровневое (Hi-tech) управление требует решения таких сложных проблем при создании ИУС, как:

1) работа в реальном времени,

2) учет динамических свойств объектов,

3) стохастичность воздействий и малая изученность объектов,

4) наличие дискретно-непрерывных преобразований,

5) ограниченность интервалов наблюдения,

6) создание проблемно-ориентированных системных

и прикладных компьютерных программ.

В современных областях кибернетического знания – теории автоматического регулирования (ТАР), теории автоматического управления (ТАУ) и технической кибернетике (ТК), проблемы (1) решаются по отдельности.

Актуальность темы диссертации заключается в совместном решении поименованных проблем Hi-tech управления (1) и создании на этой основе соответствующих систем методов, алгоритмов, программ и реализующих их ИУС, ориентированных на потребности практики. Прм этом работа соискателя основывается на анализируемых ниже трудах специалистов ТАР, ТАУ и ТК.

1) Работа в реальном времени. Принцип необратимости времени, сформулированный Н.Винером, – один из часто нарушаемых краеугольных камней при проектировании ИУС. Действительно, объект управления всегда работает в реальном времени, и система управления (СУ) обязана работать в том же времени. Какой бы быстродействующий компьютер ни применялся в СУ, нельзя использовать будущие отсчеты сигналов для расчета управляющего воздействия, требуемого в текущий момент времени. Реакция физически реализумых объектов и операторов не может наступить в реальном времени раньше, чем было приложено входное воздействие. К сожалению, как отмечают Д. Миддлтон, Я.З. Цыпкин и др., многие изящные математические построения при расчете систем обработки информации и управления приводят к физически нереализуемым операторам и необходимости поиска последующих приближенных решений.

Проблема реального времени системно связана и с другими проблемами в (1):

  • и состояние объекта, и вся предистория динамического развития этого текущего состояния, и реакция объекта на управляющее воздействие – все это складывается в реальном времени;
  • при использовании цифровых регуляторов для объектов, рабо-

тающих в непрерывном времени (а также при управлении дискретно-непрерывными производствами) необходим учет единого реального времени для непрерывных и дискретно-непрерывных частей системы;

  • при создании системных и прикладных компьютерных программ для ИУС приходится разрабатывать операционные системы реального времени.

В диссертации проблема реального времени рассматривается как объективная данность, которая должна учитываться и при анализе объектов и СУ, и при синтезе физически реализуемых алгоритмов управления.

2) Учет динамических свойств объектов. Системный подход к совместной работе динамических объектов и системы управления развит в классических методах ТАР и ТАУ, начиная с работ И.А. Вышнеградского и Д.К. Максвелла. В работах Дж. Рауса, Н.Е. Жуковского, А.М Ляпунова, Б. Ван-дер-Поля, И.Н. Вознесенского, А.А. Андронова, М.А. Айзермана, А.А. Красовского и др., разрешены ключевые проблемы устойчивости линейных и нелинейных систем автоматического управления и оценки качества переходных процессов в ответ на стандартные возмущения. С рождением ТК (Н. Винер и К. Шеннон) расширился круг анализируемых проблем в технических, в биологических, экономических и иных приложениях, а также произошел переход к решению задач оптимального управления и адаптации в сложных динамических системах. Этому способствовали работы А.А. Фельдбаума, Л.С. Понтрягина, Р.Е. Беллмана, Ш.С.Л. Чанга, Я.З. Цыпкина и др. В ведущих технических вузах страны возникли целые научные школы по ТАР и ТАУ (В.В. Солодовников, Г.К. Круг, А.В. Нетушил, А.А. Воронов). Написаны сотни учебников и учебных пособий.

Вместе с применением ЭВМ в ИУС стал возможным переход от прямого использования сигналов с датчиков и классических законов регулирования к управлению объектами с помощью сложных алгоритмов и

предварительной обработки информации.

Проблема учета динамических свойств объектов системно связа-

на и с другими проблемами в (1):

- при учете стохастичности воздействий и малой изученности объектов динамика последних существенно сказывается на методике и качестве оценивания достигаемых результатов;

- в силу ограниченности интервалов наблюдения возникает проблема учета «запасенной энергии» при анализе динамических объектов.

В диссертации1 проблема учета динамических свойств объектов рассматривается как объективная реальность анализа и синтеза ИУС.

3) Стохастичность воздействий и малая изученность объектов.

При анализе работы систем в условиях случайных воздействий и помех нарушаются исходные предпосылки классического математического аппарата ТАУ, прежде всего в силу отсутствия аналитического описания для случайной функции времени. Здесь потребовалось привлечение и развитие теории вероятностей и математической статистики.

Статистика, как наука, насчитывает три века (Я. Бернулли, А. Муавр, П.С. Лаплас, А.А. Марков, П.Л. Чебышев, А.А. Ляпунов, А.Я. Хинчин, А.Н. Колмогоров и др.). Среди первых фундаментальных работ по исследованию случайных процессов в задачах автоматического управления, следует указать работы В.С. Пугачева; среди зарубежных системных работ – монографию Дж.Х. Лэнинга и Р.Г. Беттина.

В 60-х годах появились фундаментальные работы по теории шумов и статистической радиотехнике (Дж. Бендат, Д. Миддлтон, Б.Р. Левин, А.А. Свешников, В.И. Тихонов), анализу случайных процессов в нелинейных (Е.П. Попов и И.П. Пальтов, Дж. Бокс и Г. Дженкинс, А.А. Первозванский, К.А. Пупков) и экстремальных системах (Ю.Г. Хлебцевич, В.М. Кунцевич, М.Г. Эскин, Л.Н. Фицнер, Н.М. Александровский, А.С. Бондаревский, Р.Е. Кузин, Г.А. Медведев, В.П. Тарасенко). Малую изученность объектов компесируют методами дуального управления (А.А. Фельдбаум), случайного поиска (Л.А. Растригин), адаптации и обучения (Я.З. Цыпкин), экспериментами методами (Е.Г. Дудников и др.).

Проблема стохастичности воздействий и малой изученности объектов системно связана и с другими проблемами в (1):

- если ТАР и ТАУ рассматривают развитие процессов в реальном

времени и в динамике, то статистика изначально тяготеет к случайным

событиям, вероятностям, теории множеств;

- при анализе единственной реализации привлекается эргодическая гипотеза, и авторы таким образом явно или неявно отказываются от исследования процессов при ограниченном интервале наблюдения.

В диссертации проблема стохастичности воздействий и малой изученности объектов рассматривается как центральная методическая проблема на пути к количественному анализу ИУС.

4) Наличие дискретно-непрерывных преобразований. Еще до массового применения компьютеров дискретно-непрерывная проблематика разрабатывалась в ИПУ, ЦННИКА, МЭИ, МИТХТ, МИХМ в связи с автоматизацией металлургических, энергетических и химических производств (Н.С. Райбман, В.М. Чадеев, Э.Л. Ицкович, Е.Г. Дудников, Г.К. Круг, А.В. Нетушил, В.А. Бородюк, В.В. Кафаров, В.С Балакирев, Ю.М. Быков и др.). С внедрением цифровой техники, цифро-аналоговых и аналого-цифровых преобразований появились фундаментальные работы по теории линейных импульсных систем с использованием - преобразований (Я.З. Цыпкин, Л.Т. Кузин, Е.Н. Джури). Во многих исследованиях используется теорема В.А. Котельникова (переоткрытая позже Х. Найквистом), о применимости которой велась широкая дискуссия.

В диссертации проблема дискретно-непрерывных преобразований решена во временной области (без перехода к операторным изображениям): для анализа детерминированных процессов в линейных динамических системах с цифровым регулятором, и для стохастических процессов в системах с дискретно-непрерывными преобразованиями.

5) Ограниченность интервалов наблюдения (при изучении объектов и управления ими). Эта проблема приводит к статистическим погрешностям результатов в любых задачах оценивания (Е.С. Вентцель, Л.А. Овчаров, Ю.А. Розанов, В.П. Чистяков и др.), в том числе, и при использовании данных нормального функционирования объектов (А.А. Красовский). В отличие от класической статистики, исследователь обычно имеет дело (С.А. Айвазян) с единственной реализацией и коррелированными данными, что может приводить к существенным различиям при усреднении по множеству и по времени (на это неоднократно указывал В.С. Пугачев).

В диссертации учет проблемы ограниченности интервалов наблюдения позволяет получить количественные оценки точности достигаемых решений при изучении объектов по данным их нормального функционирования, а также провести параметрический синтез ИУС.

6) Создание проблемно-ориентированных системных и прикладных компьютерных программ. На важность и сложность программных проблем указывали многие ученые (В.В. Липаев, Ф.П. Брукс, К.У. Боэм и др). Особенно остро системная значимость проблемы проявилась в связи с массовым внедрением микропроцессоров и микроЭВМ в системы управления. Внимание исследователей и ученых переключилось на широкий круг вопросов – от архитектуры микроэлектронных устройств и систем управления (научные школы И.В. Прангишвили, Б.Н. Наумова, Н.Л. Прохорова, Л.Н. Преснухина, А.В. Каляева и др.), датчиков и исполнительных механизмов (Д.И. Агейкин, Э.И. Гитис, В.В. Островерхов), интерфейсов и программирования (В.В. Липаев, В.Ф. Шаньгин, и др.). Появились публикации по системам управления с ЭВМ и микроЭВМ (Т. Харрисон, Н.Л. Прохоров, А.Н. Шкамарда, А.А. Васенков, В.М. Пролейко, К. Острем и Б. Виттенмарк, В.А. Бесекерский, В.И. Гостев) 2. Все больше внимания уделяется проектированию систем реального времени (М. Блэкман, М. Джамшиди и Ч.Дж. Хергет, Я.А. Хетагуров и др.), адаптации операционных систем реального времени (Г.А. Егоров, И.Л. Талов и др.), созданию системных и прикладных компьютерных программ3, построению Computer-Aided … систем (т.е. создаваемых или работающих «с помощью» ЭВМ), защите информации.

В то же время наработанные ранее алгоритмические решения для традиционных статистических методов перешли в пакеты готовых прикладных компьютерных программ и широко распространились вместе с ЭВМ (С.А. Айвазян, Л.Д. Мешалкин, В.П. Боровиков, Л. Льюинг и др.). Специалисты указывают, что их применение при обработке данных от реальных процессов может принести неквалифицированным пользователям неодназначности, погрешности и даже вред – ведь величина погрешностей и даже сам факт их появления зависят от коррелированности данных, а именно она-то и не учитывается традиционными статистическими методами (эти задачи решаются соискателем) 4.

Объект и предмет исследований

Выделим из всей иерархии информационно-управляющих систем (см. ниже табл. 1.1) класс сложных ИУС – от уровня прямого цифрового регулирования до адаптивных систем управления нелинейными динамическими объектами и самонастраивающихся АСОДУ. Тогда:

Объектом исследований (тем, НА ЧТО направлены усилия соискателя) является именно этот класс сложных стохастических систем управления с признаками-свойствами, назваными выше (работа в реальном времени, учет динамических свойств объектов, стохастичность воздействий и малая изученность объектов, наличие дискретно-непрерывных преобразований, ограниченность интервалов наблюдения, создание проблемно-ориентированных системных и прикладных компьютерных программ).

Предметом исследований (тем, ЧТО направлено на объект исследований) является анализ и параметрический синтез таких систем на основе совместно решённых проблем управления (1), создания методов, алгоритмов и программ, позволяющих реализовать соответствующие ИУС, ориентированные на потребности практики.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |






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