Павлова Світлана Вадимівна. Інтегроване розподілене керування нелінійною динамічною системою

brief description

Павлова Світлана Вадимівна. Інтегроване розподілене керування нелінійною динамічною системою : Дис... д-ра наук: 05.13.03 2008

Павлова С.В.Інтегроване розподілене керування нелінійною динамічною системою. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.13.03 системи та процеси керування. Національний авіаційний університет, Київ, 2008.
Дисертаційна робота присвячена принципово новій актуальній проблемі аналізу та синтезу інтегрованого керування складними розподіленими динамічними мережецентричними системами (I2C4S) з високою компресією прикладних процесів, що є новим класом розподілених комп'ютерно-комунікаційних керуючих систем I2C4S, що функціонують в умовах конфліктів і невизначеності.
Розроблено методи багатостратного вирішення задачі керування для нового класу систем I2C4S, що інтегруються методологією теорії абсолютної нелінійної інтегральної інваріантності та автономності, і теорією істотно нелінійних багатовимірних динамічних систем, описуваних рівнянням А.Ф. Філіппова, що принципово дозволило не тільки единообразно об'єднати представлення процесів в задачах прямого, розподіленого і мережецентричного керування, але і створити єдину аналітико-комп'ютерну методологію їх аналізу та синтезу.
Вперше розроблено системну концепцію та регулярні методи інтегрально-топологічного аналізу та синтезу нового класу систем I2C4S з різним рівнем інтегрованості та розподіленості для високоякісного керування в реальному жорсткому масштабі часу нелінійними прикладними процесами високої розмірності у «великому» та у «цілому», як поблизу, так і оддалік простих, особливих і критичних станів системи, поблизу, вдалині та між положеннями рівноваги, в умовах невизначеності, відкритості та наявності конфліктів.
Вперше розроблено концепцію і методи віртуального управління складними динамічними системами широкого класу, що включають як процеси прямого безпосереднього, так і інтегрального розподіленого керування з використанням в динаміці віддалених обчислювальних і інформаційних ресурсів, що забезпечують вирішення задач високоякісного гарантованого керування у «великому» та у цілому».

В дисертаційній роботі розв'язано принципово нову актуальну проблему аналізу та синтезу інтегрованого керування складними розподіленими динамічними мережецентричними системами (I2C4S) з високою компресією прикладних процесів, що є новим класом розподілених комп'ютерно-комунікаційних керуючих систем I2C4S, що функціонують в умовах конфліктів і невизначеності.
Для даного класу систем I2C4S, для якого відсутня єдина методологія аналізу та синтезу, визначена необхідність вирішення задачі синтезу високоякісного керування в реальному жорсткому масштабі часу нелінійними процесами високої розмірності у «великому» та у «цілому», як поблизу, так і оддалік простих, особливих і критичних станів системи, поблизу, вдалині і між положеннями рівноваги, в умовах невизначеності, відкритості та наявності конфліктів.
Запропоновано розглядати системи I2C4S з різним рівнем інтегрованості та розподіленості як динамічні керовані процеси балансового типу, що дозволило розробити для них єдине математичне модельне уявлення у формі істотно нелінійних систем диференціальних рівнянь А.Ф. Філіппова. Дане модельне уявлення дозволило об'єднати дослідження процесів в даних системах і синтез керувань у «великому» та у «цілому» на концептуальних стратах систем автоматичного керування (ACS-страта), комп'ютерних і телекомунікаційних систем (CS&T-страта) і ергатичних систем (ЕСS-страта).
Розроблено системну концепцію та регулярні методи інтегрально-топологічного аналізу та синтезу нового класу систем I2C4S для високоякісного керування в реальному жорсткому масштабі часу нелінійними прикладними процесами високої розмірності у «великому» та у «цілому», в умовах невизначеності, відкритості та наявності конфліктів.
Розроблено регулярні інтегрально-топологічні методи дослідження структур векторних полів динамічних систем балансового типу, описуваних складними нелінійними багатовимірними системами диференціальних рівнянь, заданими на неопуклих, багатозв'язних областях станів і керувань.
Розроблено регулярні інтегрально-топологічні методи синтезу гарантованого багаторівневого керування у «великому» складним об'єктом в класі віртуальних стратегій в системах прямого та розподіленого керувань, що включають рівні синтезу:

керування структурою області керованого стану;
стратегій керування з використанням конденсованих представлень області керованого стану;
тактичного керування всередині компонент графа досяжності;
операційного керування;
комп'ютерної реалізації керуючих функцій.

Розроблено регулярні аналітико-комп'ютерні методи побудови області повністю керованого стану складної динамічної системи з урахуванням істотних складних обмежень та структуризації її на топологічні компоненти типу «циклів», «шунтів», «лакун» й інтеграції їх в конденсований граф повної досяжності.
Розроблено концепцію віртуальних функціональних динамічних систем для аналізу та синтезу ефективних високоякісних цілісних інтегрованих віртуальних систем I2C3S і I2C4S керування технологічними процесами в умовах конфліктів та невизначеності, що гарантує забезпечення наперед заданої якості їх функціонування в реальному масштабі часу.
Розроблено концепцію інтегрованого математичного моделювання цілісною динамічною системою АМА (динамічний абонент динамічна мережа динамічний абонент) класу I2C4S та її архітектуру; систему принципів інтегрованого керування системою АМА; модель АМА як динамічної системи; модель комп'ютерної мережі для АМА на ACS-страті; метод інтегрованого багаторівневого керування АМА та алгоритм синтезу її раціональних структур.
Теоретичні положення та методи, розроблені в дисертаційній роботі, покладені в основу прикладних досліджень по вирішенню задач комп'ютерного керування сучасною авіаційною технікою, що максимально використовує весь потенціал засобів керування, для принципово нових режимів польоту повітряних судів:

вільного польоту;
польоту на критичних та закритичних режимах;
динамічного керування надзвуковими ПС;
керування інтенсивним маневруванням ПС з максимальним використанням всього аеродинамічного ресурсу;
керування ПС в розширеному діапазоні станів;
запобігання зіткнень із землею та повітряними перешкодами;
забезпечення системної цілісності та надійності оперативного керування станом авіаційної техніки в реальному масштабі часу при виникненні позаштатної ситуації;
керування ПС з використанням в динаміці розподіленого ресурсу в системах класу I2C4S.

На основі розроблених методів аналізу та синтезу керування складними розподіленими динамічними системами в класі віртуальних стратегій розроблено логіко-динамічні стратегії керування кінематикою ПС як складного нелінійного об'єкту в широкому спектрі режимів керування динамічними режимами маневрування в розширеній області станів, працездатність і достовірність, яких підтверджена обширним моделюванням вирішених задач керування ПС у «великому».
Для підтвердження достовірності та працездатності розроблених в дисертаційній роботі методів аналізу та синтезу керування складними системами у «великому» проведено синтез інваріантної розподіленої системи класу I2C4S керування ПС, що вирішує задачу запобігання зіткнень з іншим судном, і проведено її широке моделювання (з різними типами початкових умов та в усіх ситуаціях, визначених функціонуванням TCAS) з урахуванням сумісного руху двох конфліктуючих ПС, керованих видаленими з борту на землю (в наземний центр керування) автопілотами ПС по командах також видаленої в наземний центр системи TCAS.
Промислова застосовність розроблених теоретичних положень дисертаційної роботи підтверджена низкою вирішених практичних задач мережецентричного керування повітряними судами; обширним моделюванням даних практичних задач; впровадженням теоретичних результатів в Управлінні головного інженера авіації Командування Повітряних Сил Збройних Сил України Міністерства оборони України при розробці «Концепції створення інформаційної системи супроводу експлуатації авіаційної техніки ПС України»; впровадженням теоретичних результатів в ЗАТ «Новокраматорській машинобудівний завод» для планування модернізації програмного забезпечення систем АСК ТП; Патентом України на винахід «Спосіб та пристрій для комп’ютерних мереж керування швидкісними циклами прикладних процесів»; Міжнародною експертизою Всесвітньої Організації Інтелектуальної власності на дану патентну пропозицію.