Введение к работе
Актуальность темы.
Наличие современной, малогабаритной и достаточно дешевой вычислительной техники создало реальную возможность широкого ее использования для решения задач управления технологическими процессами и динамическими объектами, их функциональными исследованиями на основе подходов и методов современной теории систем и управления. Эффективное управление технологическими процессами, динамическими объектами предполагает формирование управляющих воздействий на основе оценки текущего состояния управляемых систем с использованием адекватных автоматических моделей.
Реализация адекватных математических моделей играет важную роль и для повышения эффективности технологических процессов функциональных испытаний динамических объектов. Применение таких моделей позволяет сократить время натурных испытаний, перенести испытания с реального объекта на его цифровую модель, т.е. становятся возможными исследования и анализ в другом масштабе времени.
Возможность практической реализации процессов зависит от ряда факторов, включая: - правильную организацию самого эксперимента с реальной системой; - качество тестирующих воздействия, которые на практике не всегда отвечают требованиям; - подходы к решению задач структурной и параметрической идентификации линейных и нелинейных систем; - наличие достаточно универсальных программно-математичес-киих средств, обеспечивающих весь процесс построения модели.
В связи с этим, представляется актуальным создание программно - математического комплекса, включающего в себя методы формирования случайных тестирующих воздействий с заданными свойствами, методы построения по результатам исследования реальных объектов их адекватных математических моделей и средства, реализующие эти методы.
Цель работы состоит в повышении качества и эффективности процедур белошумовоа идентификации в условияі автоматизированных сис-стем управления технологическими процессами, функциональными испытаниями динамических объектов с использованием специализированных ЭВМ в контуре управления,
Для достижения поставленное цели сформулированы и решены следующие задачи: - исследование и анализ влияния качества тестирующих сигналов на
достоверность результатов идентификации динамических объектов; -разработка эффективных алгоритмов реализации методов формирования тестирующих случайных сигналов и полей с заданными статистическими характеристиками;
разработка и создание комплекса программно-математических средств белошумовой идентификации с реализацией внешних и внутренних (в пространстве состояний) моделей, ориентированного на персональные и специализированные ЭВМ;
разработка гибкой структуры программно-математического комплекса белошумовой идентификации динамических объектов, основанной на модульном принципе и современных концепциях создания программных средств, рассчитанных на широкий круг пользователей.
Методы исследования. При решении задач в диссертации применен математический аппарат теории систем, функционального анализа, теории БвроятностеЁ и математической статистики, методы оптимизации и вычислительная математика.
Научная новизна. В диссертационной работе:
разработаны конструктивные методы и соответствующие им эффективные алгоритмы формирования цифровых случайных сигналов и полей с заданными моментными функциями;
получены аналитические соотношения для оценки вычислительной сложности алгоритмов формирования цифровых сигналов и соотношения для оценки временных затрат при использовании процедур формирования требуемых сигналов;
разработаны алгоритмы и программные средства построения моделей из функционалов Винера и получаемых из них моделей в пространстве состояний;
разработана программная среда пользователя, основанная на Бор-ландовой концепции построения гибких программных оболочек при использовании современных реализаций объектно-ориентированного алгоритмического языка (Турбо - паскаль).
Практическая ценность. На основе разработанных контруктивных методов и алгоритмов активного формирования случайных сигналов обеспечивается возможность получать:
одномерные цифровые сигналы с заданными моментами до 12- го порядка и сигналы с заданными моментными функциями до 6- го порядка включительно;
многомерные цифровые сигналы с заданными моментами до 12- го
порядка, случайные сигналы м поля с заданными момзнтными функциями до 4- го порядка включительно.
Применение формируемых предложенными средствами сигналов в качестве тестирующих воздействий позволяет заранее определять степень достоверности информации, получаемой в результате болошумовоа идентификации одномерных и многомерных динамических объектов.
Численное моделирование и экспериментальные исследования, проведенные в диссертации, подтвердили высокую степень соответствия математических моделей из функционалов Винера реальным характеристикам объектов. Будучи включенным в состав системы автоматизации технологического процесса функциональных испытаний ЭГМС (злектрогидромехзнических систем) управления, созданный комплекс программно - математических средств применен при разработке таких систем, обеспечив при зтом сокращение времени натурных испытаний в в несколько раз. Комплекс прикладных програмі включен в состав САПР структуры производственной системы и ее элементов, обладающих требуемым поведением.
Реализация результатов работы. Диссертация выполнена'по ре-зультам паучно - исследовательских работ кафедры "Управление и моделирование систем" Московского института приборостроения, проводи:. в рампах Комплексной программ автоматизации отраслевого производства и работ, проводимых по целевой комплексной программе 0Ц.026 "Разработіса и внедрение в практику создания АСУ ТП методов автоматизированного проектирования АСУ ГО и их программного обеспечения? Результаты работы внедрены на предприятии НПО ЦНКБ "Союз". Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе Московского института приборостроения на кафедре РТ-2 в курсах: "Основы системного анализа", "Системный анализ и исследование операций", "Моделирование систем". Акты о внедрении и использовании материалов работы приведены в приложении диссертации.
Апробация работы. Основная часть материала диссертации была доложена и обсувдэна на:
Всесоюзной научно-технической конференции "Автоматизация исследования, проектирования и испытаний сложных технических систем'' (Калуга, 1989г.);
Региональной научно-технической конференции "Моделирование и автоматизация проектирования сложных технических систем" (Калуга, 1990г., 2 доклада);
Научном семинаре "Моделирование динамических систем" Киевского института проблем моделирования в энергетике (Киев.1990 г.);
ГСэрвом Московском Международном семинаре "Взаимодействие человека с компьютером" (Москва, 1991г.).
На защиту выносится: теоретическое обоснование и практическое использование конструктивных методов и реализующих их програмнно-математических средств формирования случайных сигналов с заданными моментными функциями; аналитические соотношения, дзвдио оценку (емкостную и временную) разработанных алгоритмов; оценки связи качества тестирующих воздействий с результатами идентификации; комплекс программно - математических средств идентификации и моделирования, ориентированный на широкий круг пользователей.
Публикации. По материалу диссертации опубликовано 6 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения,четырех глав, заключения, приложения и списка литературы, включающего 84 наименования. Материал основной части работы изложен на 137 страницах машинописного текста,содержит 36 таблиц и 22 иллюстрации на 37 страницах.