Введение к работе
Актуальность проблемы. Создание все более сложных ускорителен і систем транспортировки частиц, а также необходимость повышения эффективности уже существующих комплексов требуют поиска новых тодходов к управлению этими установками. Из-за высокой их стоимости іаже небольшое сокращение времени настройки и диагностики может жазаться весьма существенным.
Традиционные системы управления (СУ) магнитооптическими системами (МОС) представляют собой набор программ п оборудования, в кото-эых работа по организации обратной связи в значительной степени, если їє полностью, ложится на плечи оператора (см. рпс.1). Поэтому окончательный результат может сильно зависеть от подготовки оператора.
В рамках традиционных СУ для значительного числа МОС был до-;тигнут высокий уровень наблюдаемости и управляемости через ЭВМ, іто поставило на повестку дня задачу разработки математического ц хрограммного обеспечения (ПО) для настройки и диагностики МОС.
В результате было предложено несколько компенсационных алгоритмов для коррекции направления движения пучка заряженных частиц и іастройки оптики МОС. Данные алгоритмы опирались на свойства выбранной целевой функции вблизи ее локального экстремума. Большинство із них демонстрировали высокую эффективность в случае малых откло-іений и были гораздо менее надежны в случае больших отклонений пли іри возникновении неисправностей.
Появление технологии экспертных систем (ЭС), нашедшей применение ) физике высоких энергий, изменило сложившуюся ситуацию. В настоящее фемя можно утверждать, что для конкретной МОС разработка ЭС для їастройки и/пли диагностики, в принципе, возможна.
:Г УСТАНОВКА JZZ
\ ОПЕРАТОР
А \-—
Рис. 1. Традиционная система управления.
Однако прямое применение данной технологии наталкивается на определенные трудности, в значительной мере обусловленные спецификой создания ПО для физики высоких энергий. Наиболее" существенными из них оказываются высокая стоимость и большие сроки, связанные с разработкой ЭС и ее поддержанием. Альтернативой традиционной технологии ЭС является использование инженерных знаний, позволяющих создавать интеллектуальные системы, адаптируемые к новым или измененным установкам. Проблемам создания опирающихся на модель адаптируемых систем управления и диагностики МОС была посвящена конференция, проходившая в августе 1987 г. в Брукхевенской национальной лаборатории (США). В рамках подхода адаптируемых систем были предложены программы GOLD, GLAD и BEDES. Первые две опирались на сложные модели, которые первоначально создавались для проектирования МОС. Сложность выбранных моделей и неразвитость соответствующего аппарата помешали организовать эффективную систему рассуждений о математических функциях, описывающих эти модели. Программа BEDES опиралась на простую модель сети влияний и оказалась в этом плане более успешной, однако следствием кардинального упрощения применяемой модели было определенное ограничение функциональных возможностей.
Цель диссертационной работы заключалась в исследовании и решении проблем, связанных с созданием адаптируемой системы для корректировки трассы пучка и диагностики ошибок в детекторах и отклоняющих магнитах.
Научная новизна работы:
-
Разработаны и реализованы оригинальные процедуры функционального контроля и диагностики ошибок пропорциональности в отклоняющих устройствах и детекторах. Впервые в процессе диагностики модель МОС выступает в качестве основного источника знаний.
-
Впервые в качестве основы адаптируемой системы корректировки и диагностики была использована линейная модель транспортировки пучка, что явилось шагом в сторону усложнения модели (по сравнению с сетью влияний) при условии сохранения эффективных рассуждений о функциях, эту модель описывающих. Предложенная реализация допускает использование нелинейных моделей отклоняющих устройств и детекторов.
-
Предложен новый алгоритм корректировки трассы пучка заряженных частиц, учитывающий ограничения на положение пучка и величины токов корректирующих элементов. Отличительной чертой алгоритма является вычисление смещения трассы на основании данных предыдущих итераций.
-
Широкое применение численных методов при работе со знаниями и реализация программы на языке С впервые позволили отказаться от жестких требований к вычислительной технике, предъявляемых при создании систем данного класса.
Практическая ценность:
-
Разработанное ПО установлено на системе вывода из У-70, проверено на быстром выводе в режиме on-line. Использование данного ПО позволяет сократить время настройки трассы, и таким образом повысить эффективность использования ускорительного времени и уменьшить активацию оборудования.
-
Разработанный алгоритм корректировки трассы и графический интерфейс были использованы при создании программы, оценивающей эффективность расстановки корректирующих магнитов и детекторов. Программа позволяет ускорить расстановку оборудования, предназначенного для коррекции трассы канала. Программа используется прп проектировании канала транспортировки ускоренных протонов для УНК-600.
-
Использование эффективных алгоритмов п правильный выбор программных средств сделали возможной работу созданного ПО на распространенных компьютерах типа IBM PC AT. ПО может быть быстро адаптировано к новой или измененной установке.
4. Разработанное ПО позволяет имитировать различные отклонения в работе МОС и может быть использовано для тренировки оперативного персонала. Автоматическое ведение оперативного архива облегчает апостериорный анализ работы МОС.
На защиту выносятся:
Разработка алгоритма корректировки трассы пучка заряженных частиц при ограничениях на токи корректирующих элементов и положение пучка.
Разработка алгоритма функционального контроля, позволяющего оценивать взаимное соответствие модели и установки при наличии шумов и сбоев оборудования.
Предложенные процедуры выдвижения и проверки гипотез для ошибок пропорциональности в детекторах и корректирующих элементах. Использование модели в качестве основного источника знаний о функционировании МОС.
Обеспечение высокой адаптируемости разработанных процедур и алгоритмов при переходе к новой или измененной установке. Их объединение в рамках исследовательского прототипа системы корректировки трассы и диагностики оборудования.
Апробация работы.- В диссертации изложены результаты исследований, полученные в ходе выполнения диссертационной работы в Институте физики высоких энергий. Результаты докладывались на семинарах в ОМВТ, ОКУ, ОЛУ ИФВЭ и ФИЯФ (г. Протвино), на 2-й международной (стран СНГ) школе по автоматизации научных исследований, на 1-й национальной конференции DECUS (Россия), на 13-м совещании по ускорителям заряженных частиц, а также были представлены на 2- п 3-й международных конференциях по новым информационным технологиям в физике высоких энергий и ядерной физике, проходивших в La Londe-les-Maures (Франция, январь 1992 г.) и Oberammergau (Германия, октябрь 1993 г.) Основные результаты диссертации опубликованы в работах [1-7].
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения. Общий объем диссертации составляет 71 страницу, включая 21 рисунок, 1 таблицу и список литературы из 115 наименований.
