Введение к работе
Актуальность проблемы. Современные системы автоматического травления (САУ) достигли высокого уровня совершенства как в части июлняемых ими задач, так и в части технологического уровня. В ;обенности это касается применения вычислительной техники, ком-эютер стал по существу неотъемлемой составной частью САУ.
Прогресс в области вычислительной техники, в частности в об-істи специализированных процессоров САУ, в последний период проводил в основном на базе прогресса микроэлектроники, т.е. за счет шаратных средств. За несколько последних лет пройден аппаратный ггь от Intel 8080 до Pentium її и др. В то же время в САУ не всег-j необходимы вычислительные мощности на уровне современных компьв-зров. В стандартных современных алгоритмах управления обычно необ-здимы: высокая скорость, средняя точность и широкий динамический іапазон чисел. Примером могут служить системы автоматического уп-івления реального времени, использующие оценивание вектора состоя-ія объекта управления и реализующие алгоритм оптимального управле-ія. Для таких алгоритмов более эффективным представляется програм-шй метод повышения быстродействия с использованием дешевых про-гссоров на базе альтернативных числовых систем. Безусловно возмож-) реализовать все бортовые алгоритмы на базе мощного центрального эоцессора, но такой путь обладает двумя очевидными недостатками, з первых надежность такого процессора должна быть очень высокой и іедовательно высокой должна быть и его стоимость. Во вторых такой эоцессор во многих ситуациях будет очень нерационально загружен. >лее переспективной представляется децентрализованная схема, сос-5ящая из набора локальных специализированных процессоров, каждый і которых должен разумным образом отвечать степени сложности реша-юй им задачи. На борту летательного аппарата разумным представля-гся разделение процессоров для решения навигационных задач, где гшающую роль играет точность и задач траєкторного управления и габилизации, где первостепенную роль играет быстродействие и на-іжность при средней точности.
Для этой группы алгоритмов, как уже отмечалось, вполне воз-эжен программный путь повышения быстродействия с использованием лиевых процессоров на базе альтернативных числовых систем. В нас->ящее время разработаны новые числовые системы, дающие высокое істродействие в арифметических операциях, одной из таких является >гарифмическая числовая система (ЛЧС).
Анализ стандартной схемы, использующей современные алгоритм управления, показал, что число операций улножения (деления), в ш. горитлах такого типа, в полтора раза больше чел операций сложени (вычитания). Такое сочетание операций обуславливает целесообраз ность применения специализированных процессоров на базе ЛЧС.
ЛЧС легко реализуется программно на традиционных микропроцес сорах, имеет существенно более высокое быстродействие в операция умножения, деления, возведения в квадрат и извлечения квадратної корня по сравнению с традиционными числовыми системами с фиксирс ванной и плавающей точками, хорошо согласуется с этими числовь» системами программно и аппаратно.
На основании изложенного актуальность данной работы обуслої лена тем, что она развивая подход, альтернативный аппаратном;, предлагает способ построения на базе существующих аппаратных ере; ств надежных и эффективных специализированных процессоров для ре шения задач управления.
Цель работы. Целью диссертационной работы является разработі теоретических основ и нового метода проектирования спецпроцессо] на базе логарифмической числовой системы с большой длиной машинно: слова для применения в области управления техническими системам/..
Задачи диссертационной работы:
-
Анализ существующих числовых систем применяемых в спецпр< цессорах систем автоматического управления.
-
Обоснование эффективности применения логарифмической чиї ловой системы для спецпроцессоров систем управления.
-
Построение архитектуры спецпроцессора на базе предложение.: метода и разработка алгоритмов и программного обеспечения для і* делирования систем управления с использованием спецпроцессора нов архитектуры.
Методы исследования. При выполнении диссертационной рабо использовались теоретические основы построения ЛЧС, методы аппро симации функций, в частности, аппроксимации Паде, методы моделир вания систем управления в пространстве состояний с использовани логарифмической числовой системы.
Связь с планом. Исследования по теме диссертационной рабо проводились в соответствии с планом работ по разделу "Транспс? Межвузовской научно-технической программы "Конверсия и высокие те нологии 1994-1996".
Научная новизна. В диссертационной работе получены следуют новые научные результаты.
Решена задача сокращения объема корректирующих таблиц для быс-гадействующей логарифмической числовой системы путем проведения эавнительного анализа существующих методов решения и разработки )вого эффективного метода, использующего аппроксимацию Паде.
Разработана новая архитектура спецпроцессора на базе ЛЧС с пользованием аппроксимации Паде, которая позволяет, в частности, ефективно реализовать класс бортовых алгоритмов управления и об-іботки информации летательных аппаратов.
На базе полученных алгоритмов составлен пакет программ моде-ірования систем автоматического управления с использованием лога-іфмической числовой системы.
С помощью разработанного пакета программ проведено модёлиро-шие алгоритмов САУ и доказана эффективность применения ЛЧС.
Конкретный личный вклад автора заключается в следующем.
Сделан обзор и проведена общая классификация методов реа-ізации логарифмической числовой системы.
Решена задача сокращения объема корректирующих таблиц для' быс-юдействующей логарифмической числовой системы. Проведен срав-[тельный анализ существующих методов решения.
Разработана новая архитектура спецпроцессора на базе ЛЧС с пользованием аппроксимации Паде, которая позволяет в частности ефективно реализовать класс бортовых алгоритмов управления и об-іботки информации летательных аппаратов.
Разработан, пакет программ моделирования систем автоматического іравления с использованием логарифмической числовой системы.
С помощью разработанного пакета программ проведено моделиро-іние алгоритмов САУ и доказана эффективность применения ЛЧС.
Остальные результаты диссертации получены совместно с научным 'ководителем.
Практическая ценность работы:
і. Полученные результаты могут найти эффективное применение:
в практике проектирования систем управления летательных ап-іратов, с использованием принципа децентрализации управления;
для аппаратной реализации быстродействующего логарифмичес-то спецпроцессора на основе существующих аппаратных средств.
2. Результаты диссертационной работы внедрены в ОАО АНПП 'ЕМП-АВИА" и в учебный процесс в Арзамасском филиале НГГУ на кадре "Авиационные приборы и устройства" по специальности 190300, о подтверждено соответствующими документами.
Апробация полученных результатов. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Всероссийской студенческой научной конференции "Системы автоматического регулирования и управления техническими объектами", Уфа, 1989 год; на Всесоюзной студенческой научной конференции "По физико-математическим наукам, радиоэлектронике и вычислительной технике", Минск, 1969 год; на Международной студенческой научной конференции "Памяти пионеров космонавтики и астронавтики", Москва, 1990 год; на Третьей Всесоюзной школе-семинаре "Динамика, управление полетом, исследование операций", Москва, 1990 год; на Всесоюзной студенческой научной конференции "Королевские чтения", Куйбышев, 1991 год; на Региональной научно-технической конференции "Методы и средства измерений физических величин", Нижний Новгород. 1996 год; на Межвузовской научно-технической конференции "Микроэлектроника и информатика - 97", Москва, 1997 год; на II Всероссийской научно-технической конференции "Методы и средства измерений физических величин", Нижний Новгород, 1997 год.
На защиту выносятся:
-
Структурная реализация логарифмической числовой системы дтл построения специализированных процессоров в области систем автоматического управления.
-
Новый метод сжатия корректирующих таблиц на основе аппроксимации Паде, позволяющий проектировать спецпроцессоры с большоі длиной машинного слова.
-
Архитектура спецпроцессора, полученная на основе предложенного метода.
4. Доказательство эффективности спецпроцессора предложенноі
архитектуры на основе теоретического анализа и моделирования в ат.
горитмах управления.
Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 9 пе ча'тных работах.
Личным вкладом диссертанта в совместной работе является выво результатов, разработка алгоритмов и программного обеспечения Пакшину П.В., как научному руководителю и Волкову В.Л., как науч ному консультанту принадлежат постановки задач и формулировка об щего подхода к решению.
Структура и объем диссертации. Основной текст диссертации сое тоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы, содер жащего 133 названия, и занимает 109 машинописных страниц.
