Іванова Любов Миколаївна. Способи та засоби побудови ефективних цифрових моделей реального часу для керованих динамічних систем

Краткое описание

Іванова Любов Миколаївна. Способи та засоби побудови ефективних цифрових моделей реального часу для керованих динамічних систем : Дис... канд. наук: 05.13.03 2003

Іванова Л.М. Способи та засоби побудови ефективних цифрових моделей реального часу для керованих динамічних систем. Рукопис.
Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук по спеціальності 05.13.03 Системи та процеси керування. Національний авіаційний університет, Київ, 2002.
В роботі проведений аналіз існуючих способів побудови та методів дискретизації цифрових моделей реального часу для динамічних систем. Визначена задача необхідності розробки нових високоефективних способів, які б дозволили спростити алгоритм функціонування цифрових моделей реального часу для керованих динамічних систем, зменшити витрати основних обчислювальних ресурсів керуючих ЕОМ, підвищити загальну ефективність цифрової обчислювальної системи.
Розроблено наступні способи побудови цифрових моделей реального часу для лінійних динамічних систем: спосіб з використанням алгоритму перетворення Лапласу; спосіб з використання властивостей інтегралу згортки; спосіб з використанням властивостей автономності динамічних систем. На основі цих методів розроблен комплекс програм автоматизації побудови цифрових моделей реального часу. Ефективність функціонування цифрових моделей оцінювалася по таким критеріям технічної ефективності як: точність
18
моделювання, обсяг пам'яті команд, надійність програмного забезпечення, витрати часу на моделювання однієї точки реакції динамічної системи, продуктивність.
Проведено обчислювальні експерименти над цифровими моделями, які побудовані за запропонованими та класичними способами, та проведено аналіз їх результатів, який показав, що цифрові моделі, побудовані розробленими способами, ефективніше використовують основні обчислювальні ресурси при необхідній точності та надійності цифрової моделі.

У дисертаційній роботі розв’язано таку наукову задачу як розробка методів дискретної апроксимації неперервного МО ДС різноманітного призначення для побудови ЦМ РЧ. Робота проводилася відповідно до теми "Розробка методів оптимального використання основних ресурсів обчислювальних систем при моделюванні складних авіаційних динамічних об'єктів", затвердженої наказом Міністерства освіти України №773-ДБ97 від 2.01.1997р. Результати досліджень впроваджені у відділі гібридного моделювання Інституту проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є.Пухова НАН України та у навчальному процесі кафедри інженерії програмного забезпечення Національного авіаційного університету.

Поставлено задачу розробки математичних та програмних засобів, які дозволяють будувати цифрові моделі РЧ при ефективному використанні ООР керуючої ЕОМ.
Проведено аналіз процесу побудови ЦМ ДС, який показав, що найбільш характерним для побудови ЦМ РЧ є вибір або розробка методів дискретної апроксимації неперервного МО ДС.
Проведено аналіз методів дискретної апроксимації неперервного МО ДС та оцінка ефективності функціонування ЦМ, які побудовані цими методами, на основі таких критеріїв: точність моделювання ЦМ, продуктивність ЦМ, обсяг ОП, що займається ПЗ ЦМ, надійність функціонування ПЗ ЦМ, витрати часу на моделювання однієї точки реакції. Зроблено висновок, що з існуючих методів побудови ЦМ РЧ використовуються методи ЧІ, які є витратними, тобто орієнтованими на обчислювальні алгоритми. Ефективність ЦМ, побудованої за цими методами, істотньо залежить від складності алгоритму ЦМ та реалізації її машиної програми. Запропоновано розробити альтернативні методи для лінійних ДС, які б мали високоефективні технічні характеристики.
З використанням теорії ДС, ДР та операційного зчислення розроблено наступні методи дискретизації неперервних лінійних ДС, в тому числі жорстких систем, які

16
дозволяють будувати ефективні ЦМ, що функціонують в режимі РЧ:
метод дискретизації по алгоритму неперервного перетворення Лапласа;
метод дискретизації по інтегралу згортки;
метод дискретизації з використанням властивостей автономності ДС.

Розроблено програмні засоби як комплекси програм, що дозволяють будувати ЦМ РЧ для лінійних неперервних ДС при ефективному використані ООР керуючих ЕОМ.
Проведено порівняльний аналіз функціонування ЦМ, які побудовані розробленими способами та способами з використанням методів ЧІ. Аналіз показав, що кількісні значення таких показників ефективності як точність ЦМ та її продуктивність в середньому відповідно на 20% та 36% вищі у розроблених способах, ніж у традиційних сопосбах побудови. Тобто, використання способів побудови ЦМ РЧ для керованих ДС, орієнтованих на відновлюючі алгоритми, дозволяє істотно збільшити ефективність використання ООР (у першу чергу - зменшити витрати часу на моделювання на кожному кроці). При цьому алгоритм функціонування ЦМ простий, складність ЦМ не залежить від порядку неперервної ДС, що моделюється, точність досягає потенційно можливого значення, обсяг пам'яті істотно нижче, а надійність вище, чим у способах з використанням методів ЧІ.
Розроблені в дисертації математичні способи та програмні засоби можуть бути використані при побудові ЦМ РЧ аерокосмічних систем, тренажерів та моделюючих комплексах (в тому числі і авіаційних), керованих ДС загального призначення, вбудованих комп'ютерних систем керування (бортових систем), біокібернетичних систем, роботів та маніпуляторів