Введение к работе
Актуальность работы. Предметом' диссертационной работы является разработка и реализация-иринципов построения проблемно-ориентированных формирователей программ анализа систем управления (СУ). В диссертационной работе рассмотрена предметная область расчета систем управления. Технологический процесс решения задач расчета СУ включает следующие этапы 11: техническая постановка задачи, математическая постановка задачи, алгоритмизация задачи, программирование, отладка и выполнение программы, анализ результатов и принятие решения. Процесс решения задач в этой области требует больших вычислительных и организационных затрат.
Программные системы, предназначенные автоматизировать расчет СУ и ориентированные на пользователя-непрограммиста, должны освобождать его от трудоемкого процесса составления и отладки программ. Наряду с этим они должны обладать удобны).! интерфейсом, использующим описание предметной области на профессиональном языке для ввода постановки задачи и представления результатов, а также эффективно выполнять требуемые для решения поставленной задачи вычисления. Одним из перспективных средств решения указанной проблемы в области расчета систем управления является разработка интерактивных программ, использующих графический ееод структурных схем и выполняющих автоматическую генерацию расчетных програші. Этим требованиям удовлетворяет разработанная в диссертации интегрированная проблемно-ориентированная система расчета систем управления.
Цель работы: исследование и автоматизация процесса расчета систем управления ка ЭВМ; разработка принципов построения проблемно-ориентированной системы расчета СУ, которая использует представление знаний о предметной области в виде семантической сети фреймов, имеет интерфейс, позволяющий работать пользователю-непрограммисту, осуществляет ввод заданий на этапах математической постановки задачи и алгоритмизации расчета, выполняет автоматическое планирование вычислений в задачах расчета, которое заключается в формировании расчетных программ на языке высокого уровня.
Методика проведения исследования. В работе были исполь-
зованы методы математической логики, теории алгоритмов, теории графов, системного программирования, теории автоматического управления, численные методы.
Научная новизна работы заключается в разработке интегрированной системы, использующей описание модели предметной области е виде семантической сети фреймов, позволяющей осуществлять ввод заданий как на этапе математической постановки задачи, так и на этапе алгоритмизации расчета СУ и выполняющей автоматическое формирование расчетных программ.
Принципы построения интегрированной проблемно-ориентированной системы расчета СУ включают:
описание модели предметной области семантической сетью фреймов [13; '
ввод заданий как на этапе математической постановки задачи, так и на этапе алгоритмизации расчета;
ввод структурной схемы СУ с использованием графического редактора структурных схем;
автоматическое планирование вычислений, результатом которого является формирование расчетных программ;
использование спектрального метода наряду с традиционными методами моделирования и частотным методом [2,31.
Для процесса планирования вычислений при расчете систем управления спектральным, частотным методами и методом моделирования разработаны проблемно-ориентированные алгоритмы, функционирующие по принципу транслирующих "решателей задач". Результатом работы таких алгоритмов является формирование расчетных программ на языке высокого уровня.
При создании системы СПЕКТР был использован подход, разрабатываемый на кафедре "Математическая кибернетика" МАИ под руководством профессора Семенова В. Б. В соответствии с таким подходом модель предметной области описывается в виде семантической'сети фреймоє С1,4]. В диссертационной работе на базе семантической модели предметной области теории управления [13 и сформулированных выше принципов построения интегрированой системы СПЕКТР составлена семантическая модель технологического процесса расчета и веодэ математической постановки задачи анализа систем управления. Выделены основные объекты спектрального метода и процедуры работы с ними. Ка этой основе составлена семантическая модель описа-
_ г. _ о
ния алгоритмов расчета систем управления спектральным методом. Разработанные семантические модели формализованы на языке фреймов системы ИКАР [ 4]. -
На основе объектно-ориентированного подхода, использованного при разработке семантической модели описания алгоритмов расчета спектральным методом, были сформулированы принципы организации и иерархия объектов. Эти принципы были положены в основу при реализации СОП-расширения пакета спектрального метода, использующего методы объектно-ориентированного программирования. Применение ООП-расширения пакета спектрального метода позволяет, во-первых, избежать программирования часто повторяющихся мелких деталей, во-вторых, несколько сократить код программы за счет использования механизма "позднего связывания". Результатом объединения семантической модели описания алгоритмов спектрального метода расчета и ООП-расширения пакета спектрального метода в единую систему явилась разработка диалогового интерпретатора спектрального метода (ДИСЮ.
Практическая ценность. Разработана интегрированная проблемно-ориентированная система расчета систем управления СПЕКТР, позволяющая автоматизировать процесс решения задачи анализа СУ. Выполнена адаптация пакета прикладных программ спектрального метода для IBM-совместимых ПЭВМ. Реализовано ООП-расширение пакета спектрального метода. Разработанная интегрированная система СПЕКТР может быть использована как в научно-исследовательских и проектно-конструкторских организациях, так и в в учебном процессе при проведении лабораторных практикумов по курсу "Теория управления" и спецкурсам.
Внедрение результатов работы. Интегрированная система СПЕКТР с 1987 по 1993 г. используется в учебном процессе на факультете "Прикладная математика" МАИ при проведении лабораторных и курсовых работ по курсу "Теория управления" и спецкурсам.
Версия интегрированной системы СПЕКТР на ЕС ЭВМ в ОС СВМ была принята в декабре 1990 г. межведомственной комиссией по программе ГКЕТИ СССР 0.80.02 раздел 35 по заданию 35. 01.02. П "Разработать методы и программные средства интеллектуализации диалогового общения пользователя в САПР АСУ ТП". Компоненты системы СПЕКТР вошли в программно-алгорит-
мический модуль, компьютерного курса . обучения спектральному методу расчета нестационарных линейных систем управления и были сданы в ФАП НИИ ВО в 1992 г.
Апробация работы
Результаты работы были доложены на
7-ом Всесоюзном совешании-семинаре молодых ученых "Современные проблемы автоматического управления", г. Пушкино, МВТУ им. Н. Э. Баумана, 8-13 октября 1985г.
Всесоюзной научно-технической конференции "Микропроцессорные системы автоматизации технологических процессов", г. Новосибирск, НЭТИ, 14-16 апреля 1987г.
Межвузовской конференции "Математическое обеспечение систем искусственного интеллекта", Москва, МАИ, 25-27 ноября 1987г.
Научно-методической конференции "САПР в учебном процессе", Москва, МВТУ им. Н. Э. Баумана, 28-29 января 1988 г.
Школе-семинаре "Автоматизация проектирования научного эксперимента", г. Севастополь, областной дом научно-технической пропаганды, 3-4 сентября 1989г.
Всесоюзной школе-семинаре "Математическое и программное обеспечение интеллектуальных систем", Москва, МАИ, май 1990г.
Советско-шведском семинаре "Проблемы компьютеризации процесса обучения", Москва, НИИ ВШ, март, 1991г.
Всесоюзной конференции "Интеллектуальные системы", Туапсе, МАИ, сентябрь, 1991г.
Система СПЕКТР принимала участие в международной выставке-ярмарке "Новые информационные технологии-1990" (ВДНХ СССР, 9-14 октября 1990 Г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 статей. Материалы работы включены в 9 научно-технических отчетов.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников г;.-иэ. 72 наименований, 6 приложений. Объем работы 196 машинописных страниц, в том числе 6 таблиц и 25 рисунков.
