Анализ и параметрический синтез стохастических систем управления

Вид материала

Автореферат

Содержание адаптивного управления (рис. 4). В заключении Статьи в академических изданиях россии, украины и латвии Программы, зарегистрированные в фондах алгоритмов и программ Авторские свидетельства по теме диссертации Статьи в трудах международных и всероссий-ских конференций

Подобный материал:

• Волков Глеб Юрьевич систематика и структурно-параметрический синтез механизмов на базе, 545.92kb.
• 1. организация процесса исследования систем управления, 247.88kb.
• Анализа и синтеза у дошкольников с нарушениями речи. Нарушение речи является распространенным, 68.85kb.
• Рабочей программы дисциплины Теория автоматического управления по направлению подготовки, 19.98kb.
• Программ агодового базового курса лекций для студентов 5-го курса на тему: "Анализ, 75.36kb.
• «Ижевский государственный технический университет», 269.68kb.
• Системный анализ стохастических процессов жизненного цикла информационных ресурсов, 62.19kb.
• Анализируются свойства медианных скользящих фильтров при их использовании для обработки, 68kb.
• Материя и мышление, 2538.32kb.
• Синицын Игорь Николаевич (Москва) Развитие теории стохастических систем переменной, 9.76kb.

адаптивного управления (рис. 4).

Рис. 4


Оптимальные значения доступных для настройки параметров и на основании выражения (17) определяются в виде:

. (18)

Минимально достижимые потери при этом составляют:

, (19)

что позволяет количественно определить область целесообразности адаптивного управления или «потолок возможностей» системы в виде соотношения для границ области целесообразного управления как

(20)


В завершение раздела об адаптации предложена концепция введения элементов самонастройки в автоматизированные информационные системы, что позволит проводить их последующую модификацию без участия разработчика. Введена математическая модель оценки затрат, и выбор соответствующих структурных решений и инструментов при модификации системы приводится к минимизации функционала:

. (21)

В конце главы приведены методические положения анализа и синтеза ИУС, разработанные автором на основе проведенных исследований.


В выводах к этой главе указано:

1. Впервые проведен количественный анализ эффективности дуального управления и определен оптимум в уровне допустимых флуктуаций входного сигнала.

2. Впервые проведен количественный анализ и синтез алгоритмов

управления нелинейным динамическим объектом при наличии дрейфа, рассматриваемого как стационарный случайный процесс. Выделены инвариантные сочетания параметров полезного сигнала, помехи, дрейфа, статических и динамических характеристик объекта и системы управления, определяющие эффективность адаптивного управления.

3. Впервые получены соотношения для оптимального уровня параметров регулирования при решении задач дуального и адаптивного управления при случайных воздействиях и дрейфе. Показано, как область целесообразности управления («потолок возможностей» системы) зависит от крутизны характеристики объекта, сочетания свойств дрейфа и периода отсчетов, соотношения дисперсий помехи и дрейфа.


В главе 7 описаны разработки информационного, программного и

технического обеспечения, проводившиеся на протяжении нескольких десятков лет и внедренные в промышленности и в учебном процессе. Для мини-ЭВМ «Электроника-100» разработана ОС реального времени, опередившая американские разработки. Широкому использованию этой ОС способствовало опубликование [1] полных текстов программ издательством «Советское радио». Там же освещена часть методик по обработке случайных процессов и борьбе со снижением точности представления данных в малоразрядной ЭВМ (проблема, исследованная акад. В.М. Глушковым, и актуальная при переходе на микроЭВМ).

Первые «пилотные» информационно-управляющие системы на базе отечественных микроЭВМ ряда «Электроника НЦ» созданы под руководством соискателя и отмечены медалями ВДНХ СССР. АСОДУ «Электроника НЦ-26» внедрена на заводе «Ангстрем», АСНИ «Атомная адсорбция» позволила повысить эффективность использования дорогостоящего импортного прибора в 20 раз. О применении микро-процессоров и микро-ЭВМ написано учебное пособие [2], выпущенное

издательством «Высшая школа» в серии книг «Микропроцессоры».

Научные результаты соискателя по обработке случайных процессов и борьбе с дрейфом характеристик динамических объектов были использованы при работах по автоматизации Южной промышленной зоны в Зеленограде [44, 46].

Автор являлся Главным конструктором по оснащению всего семейства ДВК базовым программным обеспечением [47] и их применению в САПР изделий электронной техники системы «Кулон-III» [48], а также в системе автоматизации программирования (САП), разработанной [50, 51] для заказчика от ракетно-космической фирмы. Экономический эффект этих работ составил несколько млн. руб.

Одновременно соискателем были написаны книги, выпущенные издательствами «Высшая школа» [3] и «Мир» [4], а также статьи по теоретическим и методическим вопросам программирования.

В части аппаратных средств ИУС научно-технические результаты

автора отражены в исследованиях по УСО и КАМАК [7, 8, 30], а также в создании нового универсального УСО для мини- и микроЭВМ [36].

Научные и производственные результаты использованы автором при постановке и преподавании в МИЭТ дисциплины «Программное обеспечение управляющих систем» (ПОУС), введенной по решению Ученого совета вуза в качестве региональной составляющей учебного плана по специальности 220400 (ныне - специальность 230105 65). Учебное пособие по этой дисциплине [5] выпущено в свет издательством Ассоциации Российских Вузов. Доклад автора «О практике и методике преподавания в МИЭТ дисциплины ПОУС» на заседании УМК по специальности 220400 (С.-Петербург, 2003 г.) получил высокую оценку.


В заключении отражены основные выводы и результаты диссертации, подчеркнута ее практическая значимость.


Основные результаты диссертации заключаются в следующем. Проведено совместное решение проблем управления (1) и создание методов, алгоритмов и программ, позволяющих реализовать соответствующие ИУС, ориентированные на потребности практики; получены оценки точности достигаемых решений.

Для достижения этой цели решены следующие задачи:

1. Проведен анализ информационно-управляющих систем как объекта исследования. Выявлена проблемная ситуация как совместная (системно-связанная) нерешенность выделенных проблем (1).
   
2. Обоснован выбор математического аппарата, обеспечивающего адекватный анализ динамических объектов, работающих в реальном времени с динамическими объектами в условиях случайных воздействий и помех и ограниченных интервалов наблюдения.
   
3. Разработана и апробирована методика анализа во временной облас-
   

ти линейных систем с цифровым регулятором в цепи обратной связи. Впервые получено аналитическое интегральное уравнение для эквивалентной весовой функции замкнутой системы, где период дискретизации сигналов выступает в виде явного параметра.

4. Разработаны методические вопросы анализа случайных процессов в информационно-управляющих системах:
   

- доказано сохранение эргодичности процессов после линейных и нелинейных, а также при дискретно-непрерывных преобразованиях;

- на уровне сигналов и их характеристик проведен анализ случайных воздействий и помех на линейные динамические объекты;

- проведен анализ регулирования линейных динамических объектов по случайным возмущениям на входе.

5. Решена задача идентификации характеристик динамического объекта по данным нормального функционирования с оценкой точности, достигаемой при использовании реализаций ограниченной длины и коррелированных отсчетах. Вскрыты тонкие методические различия усреднения по множеству и по времени, а также тонкости работы при ограниченном времени наблюдения.
   
6. Проведен параметрический синтез информационно-управляющих систем, использующих данные нормального функционирования объектов. Синтезирован алгоритм оптимального дуального управления. Разработана методика количественного анализа и параметрического синтеза системы управления нелинейным динамическим объектом при ограниченных интервалах наблюдения, случайных воздействиях, помехах и дрейфе, рассматриваемом как стационарный случайный процесс.
   
7. Предложена концепция введения элементов самонастройки в информационные системы с целью их последующей модификации без участия разработчика и разработана математическая модель оценки затрат при модификации системы.
   
8. Проведена разработка информационного, программного и технического обеспечения, реализованного автором в ИУС реального времени и в учебном процессе. Разработаны операционные системы реального времени для первых отечественных мини- и микроЭВМ. Программное обеспечение передано в Фонд алгоритмов и программ, два технических решения защищены авторскими свидетельствами. Экономический эффект от ряда названных работ составил несколько миллионов рублей. Полученные теоретические и практические результаты использованы автором при постановке и преподавании в МИЭТ учебного курса «Программное обеспечение управляющих систем».
   

Таким образом, можно констатировать, что все поставленные задачи решены, цель исследования достигнута.


Основные публикации по теме диссертации


МОНОГРАФИИ

1. Акушский И.Я., Трояновский В.М. Программирование на «Электронике-100» для задач АСУТП. – М.: «Сов. радио», 1978. – 296 с.
   
2. Трояновский В.М. Применение микропроцессоров и микро-ЭВМ. / Книга 5 в серии книг «Микропроцессоры» под ред. В.А. Шахнова. – М.: «Высшая школа», 1988. – 159 с.
   
3. Трояновский В.М., Шаньгин В.Ф. Бейсик для начинающих и будущих профессионалов. – М.: «Высшая школа», 1992. – 240 с.
   
4. Браун К. Введение в Visual Basic для программистов: Пер. с англ. / Под ред. В.М. Трояновского. – М.: «Мир», 1993. – 416 с.
   
5. Трояновский В.М. Информационно-управляющие системы и прикладная теория случайных процессов: Уч. Пособ. – М.: Гелиос АРВ, 2004.–304 с.
   

СТАТЬИ в лицензированных ВАК и реферируемых ЖУРНАЛАХ

6. Трояновский В.М. Программа-диспетчер для работы мини-ЭВМ в реальном времени. «Электронная техника», сер. 9 (АСУ), вып. 2 (14), 1975. – С. 48-53.
   
7. Трояновский В.М. Система КАМАК и задачи ее применения в АСУТП. – «Приборы и системы управления», № 3, 1976. – С. 11-14.
   
8. Трояновский В.М. О принципах построения унифицированного комплекса периферийного оборудования. – «Приборы и системы управления», № 9, 1977. – С. 21-24.
   
9. Быков Ю.М., Трояновский В.М. О количественной оценке эффективности адаптивного управления технологическими процессами. – «Приборы и системы управления», № 3, 1977. – С. 11-13.
   
10. Трояновский В.М. Три класса задач для управляющих микро-ЭВМ.
    

«Электронная техника», сер. 9, вып. 3 (28), 1978. – С. 101-111.

11. Похлебкин В.Е., Трояновский В.М. Обработка экспериментальных данных в реальном времени на базе микро-ЭВМ. «Электронная техника», сер. 3, вып. 1 (94), 1981. – С. 35-36.
    
12. Трояновский В.М., Шевченко А.Я. Микро-ЭВМ в АСУТП и АСНИ:
    

проблемы и суждения. «Электронная техника», сер. 3, вып. 1 (94), 1981. – С. 32-35.

13. Петюшин А.А., Трояновский В.М., Шевченко А.Я. Обеспечение надежности двухмашинной системы средствами встроенной диагностики. «Электронная техника» сер. 9, вып. 1 (46), 1983. – С. 21-22.
    
14. Петюшин А.А., Похлебкин В.Е., Трояновский В.М., Шевченко А.Я. Система оперативно-диспетчерского управления «Электроника НЦ-26». –
    

«Электронная промышленность», вып. 9 (126), 1983. – С. 71-72.

15. Трояновский В.М., Ященко А.Н. Реализация автоматизированной обучающей системы на ДВК. «Электронная техника», сер. 9, вып. 3, 1986. – С. 34-36.
    
16. Трояновский В.М. Реализация диалогового определения функций в БЕЙСИКе. «Программирование», № 1, 1987. – С. 90-91.
    
17. Трояновский В.М. Об адекватном математическом аппарате при моделировании действующих объектов. «Известия вузов. Электроника», № 6, 1997. – С. 83-93.
    
18. Трояновский В.М. Концепция разработки виртуальной лаборатории для внутривузовского и дистанционного обучения. «Известия вузов. Электроника», №1-2, 1999 - С.127-132.
    
19. Трояновский В.М. Автоматизированный контроль знаний о системе связанных понятий. – «Информатика и образование», № 3, 2002. – С. 54-56.
    
20. Гагарина Л.Г., Игошин А.В., Трояновский В.М. Автоматизированная информационная система для патентно-правового бюро «Эксперт» // Межотраслевой научно-технический журнал «Оборонный комплекс – научно-техническому прогрессу России», №1, 2003. – С. 52-55.
    
21. Румянцева Е.Л. ,  Трояновский В.М. Вероятностная оценка резервов времени при контроле прохождения работ. Известия ТулГУ. Серия «Вычислительная техника. Информационные технологии. Системы управления. Т. 1, вып. 2. Информационные технологии. – Тула, 2004. С. 176-184.
    
22. Румянцева Е.Л., Трояновский В.М. Структурно-параметрическая адаптация в информационных системах // Электронная техника. Сер. 3 «Микро- и наноэлектроника». – 2004. – Вып. 1 (156). – С. 43-47.
    
23. Трояновский В.М. Особенности применения теории случайных процессов в информац.-управляющих системах / Информатика и управление: Межвузский сборник / Под ред. В.А. Бархоткина. - М.: МИЭТ, 2005.– С. 146-157.
    
24. Румянцева Е.Л., Трояновский В.М. Статистическое оценивание резервов времени при управлении работами / Информатика и управление: Межвузовский сборник / Под ред. В.А. Бархоткина. - М.: МИЭТ, 2005.– С. 124-133.
    
25. Нестеров А.Э., Румянцева Е.Л., Трояновский В.М. Принцип самона-
    

стройки в проблемно-ориентированных информационных системах // Инновации. 2005. № 1. – С. 109-111.

26. Трояновский В.М. Особенности усреднения по множеству и по времени в задачах анализа и синтеза информационно-управляющих систем // Обозрение прикладной и промышленной математики. 2007. Том 14, вып. 3. – С. 567-568.
    
27. Сердюк О.А., Трояновский В.М. Статистическо-алгоритмический метод определения параметров весовой функции при идентификации // Обозрение прикладной и промышленной математики. 2008. Том 15, вып. 2. – С. 357-358.
    

СТАТЬИ В АКАДЕМИЧЕСКИХ ИЗДАНИЯХ РОССИИ, УКРАИНЫ И ЛАТВИИ

28. Трояновский В.М., Черкасов Ю.Н. Малые машины и системы коллективного пользования в экспериментальных научных исследованиях. // Автоматизация научных исследований в химии. Материалы V Всесоюзной школы. – Рига: Зинатне, 1975. – С. 244-252. (Сборник издательства АН Латвийской ССР).
    
29. Быков Ю.М., Трояновский В.М. Об автоматизации исследований в некоторых задачах описания кинетики. // Автоматизация научных исследований (Материалы V Всесоюзной школы). – Рига: Зинатне, 1975. – С. 185-189. (Сборник издательства АН Латвийской ССР).
    
30. Трояновский В.М. О принципах построения универсального программного обеспечения для системы КАМАК. – В сб. «Первый Всесоюзный симпозиум по модульным информационно-вычислительным системам». – М.: ИЯИ АН СССР, 1978. - С. 19-21.
    
31. Виноградов А.А., Дябин М.И., Трояновский В.М. Программный контроллер со встроенной системой автоматизированного проектирования. «Управляющие системы и машины», № 1, 1982. – С. 51-53. (Журнал АН УССР).
    
32. Похлебкин В.Е., Трояновский В.М. Диалоговый редактор-транслятор – средство реализации АЛЬФА-подхода на микро-ЭВМ // Управляющие системы и машины, №1, 1983. – С. 69-72. (Журнал АН УССР).
    
33. Агафонов В.А., Моршнев В.В., Трояновский В.М., Шевченко А.Я. Методика трансляции новых команд с языка МАКРО-11. // Управляющие
    

системы и машины. №6, 1985. – С. 89-91. (Журнал АН УССР).


ПРОГРАММЫ, ЗАРЕГИСТРИРОВАННЫЕ В ФОНДАХ АЛГОРИТМОВ И ПРОГРАММ

34. Трояновский В.М., Шевченко А.Я., Лозовой И.О. Операционная система для диалоговых вычислит. комплексов. – 1982. – 39 с. Информ. бюл. ВНТИЦ «Алгоритмы и программы», вып. 3(66). – 1985. Рег. ном. Гос. ФАП
    

– П008141.

35. Многопользовательская исполнительная система реального времени (МИС РВ) на ЭВМ «Электроника-60». Акт № 26 сдачи-приема в отраслевой ФАП программ МИС РВ от 26 марта 1986 г.
    

АВТОРСКИЕ СВИДЕТЕЛЬСТВА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

36. Алаев Г.М., Докучаев Н.И., Трояновский В.М. Авт. свид. «Устройство связи ЭВМ с объектом» № 551634, 1977.
    
37. Иванов Ю.В., Потапов А.М., Трояновский В.М., Шевченко А.Я. Авт. свид. «Устройство для измерения частоты сигналов» № 875293, 1981.
    

СТАТЬИ В ТРУДАХ МЕЖДУНАРОДНЫХ И ВСЕРОССИЙ-СКИХ КОНФЕРЕНЦИЙ

38. Трояновский В.М. Количественные оценки точности и эффективности алгоритмов идентификации с регуляризующими процедурами // Труды IV международной конференции «Идентификация систем и задачи управления» (SICPRO `05). ISBN 5-201-14975-8, 2005. М.:ИПУ РАН, CD-ROM (1757-1783).
    
39. Трояновский В.М. Эффективность дуального управления технологическими объектами на основе информационных технологий // Сборник трудов Третьей Международной научно-практ. конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» под редакцией А.П. Кудинова, Г.Г. Матвиенко, Том 9, С.-Пб, 2006. - С. 88-89.
    
40. Сердюк О.А., Трояновский В.М. Анализ случайных процессов в динамических системах: проблемы и решения // Сборник трудов Четвертой Международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности » / Под ред. А.П. Кудинова, Г.Г. Матвиенко, Том 11, С.-Пб, 2007. - С. 363-364.
    
41. Трояновский В.М. Анализ систем управления при ограниченных информационных ресурсах / Материалы Всероссийской межвузовской научно-практической конференции «Актуальные проблемы информатизации. Развитие информационной инфраструктуры, технологий и систем». -М.:МИЭТ, 2007. – С. 44-47.
    
42. Трояновский В.М. Оптимизация режимов дуального управления в системе с идентификатором. // Труды VII международной конференции «Идентификация систем и задачи управления» (SICPRO `08). М.:ИПУ РАН, ISBN 978-5-91450-002-0, 2008. CD-ROM (886-896).
    

Перечень НИР и ОКР, выполненных под руководством и при участии соискателя

43. Операционная система для ЭВМ «Электроника-100». Стандарт предприятия п/я Р-6052. СТП У.10.097.003-74 – 123 с.
    
44. Исследование распределенных иерархических систем управления технологическими процессами на базе микроЭВМ. / Отчет организации п/я Г-4515, рег. № У53465/8002386, 1978 – 180 с.
    
45. Анализ состояния разработки и внедрения АСУТП, распространение и внедрение типовых проектных решений, координация и методическое руководство работами по АСУТП в подотрасли. Отчет организации п/я Г-4515, рег. № Ф11605/9002702, 1980 – 64 с.
    
46. Исследование и обоснование архитектуры распределенных АСУТП
    

на базе микроЭВМ. Отчет организ. п/я Г-4515, рег.№ 1000951, 1981 – 271 с.

47. Разработка программного обеспечения для диалогового вычисли-
    

тельного комплекса. Отчет п/я Г-4515, рег. № У86217/1004489,1982 – 42 с.

48. Разработка для ДВК минимальной версии операционной системы, совместимой с МДОС РВ. Отчет организации п/я Г-4515, рег. № 3004001, инв.№ ТЕ29593, 1983 – 29 с.
    
49. Разработка информационно-управляющих систем. Отчет организации п/я Г-4515, рег. № Ф17941-2002927, 1983 – 174 с.
    
50. Система автоматизации программирования. Отчет организации п/я Р-6052 рег. № У12018/4002680, 1986 – 37 с.
    
51. Система автоматизации программирования (САП) изделия 17М126. Отчет и программная документация предприятия п/я Г-4515, рег. № У1.00008-01, 1986 – 17 книг (всего 752 с.) + 500 Кб программ.
    
52. Исследование, разработка и апробация методик для массовой аудитории СМИ как субъектов инновационной сферы: Отчет о НИР (заключит.) / ОАО «ОТИК» / Н.С. Самсонов; В.М. Трояновский (отв. исполнитель) и др. – Шифр «Инновации-34»; ГР № Ф40384; Инв.№ 46773.–М., 2004.–186 с.
    
53. Румянцева Е.Л. Методы и алгоритмы информационных систем контроля и сопровождения работ со структурно-параметрической самонастройкой: Автореф. дисс. канд. техн. наук (науч. рук. В.М. Трояновский). – М.: МИЭТ, 2005. –24 с.