Введение к работе
. Актуальность темы диссертации. Описание поведения сложной динамической системы связано с необходимостью определения большого количества параметров. Применение точных методов в таких ситуациях сопряжено с большим объемом математических расчетов, что не всегда бывает оправданно, тем более что параметры любой сложной системы известны как правило достаточно грубо. Поэтому одним из подходов к описанию и управлению сложными системами является определение параметров объектов по его реакциям на возмущения. Такой подход используется в теории идентификации систем и состоит в построении математической модели объекта по данным, полученным в результате эксперимента. В настоящее время широкое распространение методы идентификации нелинейных динамических систем получили в задачах управления сложными объектами. Систематизация результатов по методам идентификации систем приведена в трудах В.В. Солодовникова, К.А. Пупкова, В.М. Глушкова, В.И. Капалина, K.-U.Grusa и др. Одним из путей решения задач идентификации в реальном времени является использование вычислительных систем параллельной архитектуры.
Поэтому актуальным является создание и исследование параллельных алгоритмов решения задач идентификации параметров объектов.
Методы идентификации позволяют перейти к решению задач управления. Решение сложных задач оптимального управления в реальном времени требует создания параллельных алгоритмов для данного круга задач. Достаточно полное исследование известных численных методов оптимизации с точки зрения создания соответствующих им параллельных алгоритмов приводится, например, в книге D.P. Bertsekas, J.N. Tsitsiklis (Parallel and distributed computation: Numerical methods.-Englewood Cliffs: Prentice - Hall, 19Й9).
Для эффективного использования ресурсов и архитектуры вычислительных комплексов разрабатываемые параллельные алгоритмы должны удовлетворять следующим свойствам:
- легкая трансформируемость для широкого класса
топологий межпроцессорных связей в параллельных
вычислительных системах;
- отсутствие алгоритмических ограничений на максимально
допустимое число процессоров;
- крупноблочная организация задачи.
Непосредственный автоматический синтез параллельных
программ с помощью современных программных средств не всегда позволяет добиться высокой эффективности использования ресурсов вычислительных систем.
Поэтому актуальной является разработка интерактивных процедур синтеза параллельных алгоритмов, использующих крупноблочную иерархическую структуру представления последовательных алгоритмов. При таком подходе синтез эффективных параллельных алгоритмов может быть осуществлен с помощью подходов, использованных ранее в проектировании сложных систем.
Бурное развитие транспьютерных технологий позволяет по новому организовать параллельные вычисления в задачах с иерархической структурой на мультитранспьютерных системах. Представленная работа посвящена этому новому перспективному направлению для задач идентификации параметров объектов.
Целями диссертации являются:
1) разработка и теоретическое исследование параллельных
алгоритмов для решения задач идентификации параметров и
управления объектом;
2) построение интерактивных алгоритмов организации
эффективных параллельных вычислений для различных
топологий межпроцессорных связей в параллельных
вычислительных системах на основе иерархического
представления структуры задача:
3) реализация на мультитранспьютерной системе комплекса программ решения задачи идентификации параметров и управления нелинейной динамической системы.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Поставлена задача иерархического моделирования
параллельных вычислений для различных топологий
межпроцессорных связей в параллельных вычислительных
системах;
-
Разработана иерархическая схема решения поставленной задачи и обоснована ее сходимость;
-
Предложены и исследованы параллельные реализации методов решения ряда задач идентификации и управления нелиненых динамических систем;
4. Разработанные алгоритмы для рассмотренных задач
реализованы на мультитранспьютерной системе;
Практическая ценность работы:
- Разработанные методы иерархического проектирования
параллельных вычислений могут быть успешно применены как в
качестве методики оценивания эффективности вычислений для
различных топологий межпроцессорных связей в
многопроцессорных системах, так и могут являться основой для создания системы программ, позволяющей создавать высоко -эффективные параллельные алгоритмы решения широкого круга сложных прикладных задач;
Реализованные на мультитранспьютерной системе параллельные алгоритмы решения задач идентификации нелинейных динамических систем и оптимального управления удовлетворяют основным современным требованиям и могут быть использованы для решения данных задач в реальном масштабе времени.
Методы исследования. В работе используются математические методы автоматизированного проектирования, многокритериальной оптимизации, теории графов, аппарат численных методов.
Внедрение. Разработанные в диссертационной работе методы, алгоритмы и соответствующий комплекс программ для мультитранспьютерной системы использованы при решении ряда важных прикладных задач идентификации нелинейных динамических систем, оптимального управления.
Апробация. Результаты диссертационной работы докладывались на Второй Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы фундаментальных наук", проходившей в рамках симпозиума "Информационные технологии автоматизации и управления в современной техносфере" (Россия,г. Москва,24-28 янв, 1994), на Первом международном симпозиуме "Интеллектуальные системы", (Россия, г. Махачкала, Дагестан, 22-27 июня, 1994), а также на научных семинарах: кафедры АСВК МГУ, кафедры Системы автоматического управления МГТУ им. Н.Э.Баумана, математического отделения ИВВС РАН.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 научных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и двух приложений. Объем диссертации без приложений - 140 стр. Список литературы содержит - 85 наименований. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.