Введение к работе
Актуальность работы. Одним из приоритетных направлений в науке и технике на сегодняшний день является развитие информационных и телекоммуникационных технологий. В соответствии с положениями федеральной целевой программы "Национальная технологическая база" (постановление N 54 Правительства РФ от 29 января 2007 г.) предусмотрено проведение работ по разработке перспективных технологий создания интегрированных систем с цифровой обработкой информации с целью сокращения номенклатуры программно-аппаратных средств. Для решения этих задач, а также для повышения эффективности функционирования современных открытых информационно-управляющих систем промышленных предприятий требуется использование наиболее производительных каналов связи.
На сегодняшний день использование перспективных разработок ведущих фирм-производителей оборудования для автоматизации технологических процессов сдерживается отсутствием математических моделей, позволяющих учитывать недетермннированность передачи данных на нижнем уровне управления.
Основы моделирования процессов функционирования цифровых систем управления, использующих сеть конкурирующего доступа для обмена данными, заложили в своих трудах следующие ученые: Казаков И.Е., Артемьев В.М., Ивановский А.В., Колмановский И.В., Туманов М.П., Georges J,-P., Vatanski N., H. Gao, James Lam, Xian-Ming Zhang, однако разработанные модели не учитывают стохастический характер обмена данными по каналу связи.
В связи с этим задача разработки и исследования математических моделей с недетерминированной передачей информации по каналу конкурирующего множественного доступа (ККМД) имеет теоретическое и прикладное значение.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом госбюджетных научно-исследовательских работ по теме «Математическое и компьютерное моделирование в задачах проектирования и оптимизации функционирования информационных технологических систем» (№ г.р. 01.2006.06298) и в рамках гранта РФФИ «Математическое моделирование микромеханических процессов в технологии формирования нанопленок», регистрационный номер 06-08-01310-а.
Цель работы - разработка математической модели стохастической передачи информации в цифровой системе управления стационарными линейными объектами с обменом данными по каналу конкурирующего множественного доступа.
Задачи исследования:
провести анализ современного состояния математического моде
лирования цифровых систем управления (ЦСУ) стационарными линейны
ми объектами с передачей информации по каналу конкурирующего множе
ственного доступа, способов и механизмов передачи информации по кана
лам связи;
синтезировать структурную модель цифровой системы управле
ния с обменом данными по ККМД и разработать математическую модель
передачи информации в ЦСУ, позволяющую учитывать различные режимы
работы системы, проверить адекватность математической модели;
исследовать влияние параметров математической модели ЦСУ на изменение основных качественных показателей переходного процесса (интегрально-квадратичной и статической ошибки, времени регулирования, перерегулирования, коэффициента затухания) и границ устойчивости;
разработать пакет прикладных программ синтеза и анализа системы управления с передачей информации по каналу конкурирующего доступа; провести сравнительный анализ по результатам вычислительного эксперимента с данными, полученными на пилотной установке.
Методы исследования. В работе использованы системный подход, методы теории автоматического управления, вычислительной математики, дифференциальных уравнений; теория случайных марковских процессов и систем со случайной структурой.
Научная новизна.
-
Методика моделирования стохастической передачи информации в цифровой системе управления (ЦСУ) с обменом данными по каналу конкурирующего множественного доступа (ККМД).
-
Математическая модель ЦСУ с обменом данными по ККМД, учитывающая не только случайный характер передачи сигналов, но и их возможную потерю.
-
Способ управления технологической линией модульной структуры с ККМД для обмена данными, позволяющий повысить универсальность и эффективность работы ЦСУ, а также уменьшить номенклатуру используемых устройств.
-
Алгоритм для расчета устойчивости и определения качественных показателей переходного процесса цифровой системы управления с обменом данными по каналу конкурирующего множественного доступа (интегрально-квадратичной и статической ошибки, времени регулирования, перерегулирования, коэффициента затухания).
Практическая значимость состоит в повышении эффективности функционирования цифровых систем управления технологическими процессами за счет использования устройств, поддерживающих современные
способы обмена данными (стандарт Ethernet); разработанные программные и алгоритмические комплексы позволяют производить синтез и анализ цифровых систем управления, использующих ККМД для обмена данными, с целью определения устойчивости и расчета параметров ЦСУ.
Результаты работы апробированы на предприятии "Воронежский Технопарк".
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на III международной конференции «Computer, Information, Systems Sciences and Engineering- (CISSE '07)» (г. Бриждпорт, США, 2007), VII и VIII международной научной конференции «Кибернетика и высокие технологии XXI века» (г. Воронеж, 2006, 2007 г.), на XIX международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (г. Воронеж, 2006 г.), на II международной научной конференции «Современные проблемы прикладной математики и математического моделирования» (г. Воронеж, 2007 г.)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, из которых 3 - в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ и 1 патент РФ.
Личный вклад автора. Личный вклад автора заключается в постановке задач и их решении. Автором разработаны математические модели [1,2,3,9,12,13], методы их расчета [6,7,11] и исследования [4,5,8,10]. Участие ведущих соавторов публикаций заключалось в следующем: д.т.н. профессор Г.В. Абрамов, к.т.н. А.Е. Емельянов участвовали в постановке задач, обсуждении и интерпретации результатов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Материал изложен на 156 страницах, содержит 58 рисунков и 7 таблиц. Библиография включает 106 наименований.
