Введение к работе
Актуальность темы. Повышение зффективности it качества научное исследований на базе применения автоматизированных систем шущгых исследований (АСНИ) - одно из важнейших направлений науч-ю-гехнического прогресса. Для исследования объектов, функциони-lyioiqux в условиях случайных возмущений, при решении большого wmcca прикладних задач методами имитационного моделирования, іри построении эффективных систем анализа и измерения стохастичес-:их сигналов возникает необходимость в генерации случайных провесов с заданнши статистическим! свойствами. Класс гауссосих яучайных стационарных процессов (ГССП) заслуживает особого внн-іания, так как эти процессы могут являться достаточно хорошей годелыо для многих физических процессов, имеющих стохастический :арактер. Кроме того,ГССП часто используются в качестве исходных при моделировании других классов случайных воздействий. Несмотря іа то, что в области генерации ГССП имеется много работ, сутдест-іует необходимость разработки новых алгоритмов, что связано с юзросшими требования по точности воспроизведения тех или иных :арактеристик имитируемых процессов, использованием методов ими-ационного моделирований в новых областях исследовательской дея-'ельности, широким распространением АСНИ со стохастическим управ-:ением объектами исследования. В связи с массовым внедрением ДНИ в различные предметные области, где пользователи не являют-:я специалистами' в обласги вычислительной те/лшкн и программирования возникают повышенные требования к доступності разрабатываема методик, алгоритмов и программных средств. В этой связи необ-:одимо решить проблему эффективной организации взаимодействия пользователь-программные средства - ЭВМ", то есть проблему, так взываемого, пользовательского интерфейса. Решение подобной проб-емы применительно к задаче генерации стохастических сигналов существующих разработках практически отсутствует. И, наконец, опросы реализации генерируемого случайного процесса в виде лектрических сигналов в реальном времени, учёт влияния дискре-изации по времени, динамических свойств тракта прохождения ССП ставят перед разработчиком ряд новых задач, которые также ребуют своего решения. Поэтому решаемая .в диссертации кошлекс-ая проблема разработки методов и программно-аппаратных средств енерации ГССП и использования их в АСНИ является весьма актуалъ-ой,-
Целью диссертационной работы является разработка и исследование эффективных методов моделирования ГССП с заданными корреляционно-спектральными характеристиками, разработка программно-аппаратных средств для их генерации в реальном времени а также практическое применение разработанных компонентов при решении задач исследовательского, производственного и учебноп характера.
Для достижения цели в работе решаются ел едущие задачи:
-
Анализ известных подходов к моделированию гауссовых стационарных процессов и их корреляционно-спектральному представлению в параметрическом виде.
-
Разработка методики построения рациональных приближен рдк спектральных плотностей, заданных в непараметрической фор: и развитие алгоритмов имитации ГССП для созданной методики.
-
Исследование разработанных алгоритмов на точность вое произведения заданных спектров с учетом кага дискретизации по времени, а также быстродействия генерации реальных сигналов в зависимости от особенностей программной реализации.
-
Разработка методики генерации управляющих стохастичес них сигналов с учетом тракта ігроко^ен'ля от 5ЇЇ.Ї до объекта исследования.
-
Разработка комплекса программно-аппаратных средств дл генерации ГССП в реальном времени, ориентированного на исполь зование в /ЛЇ1.
Методы исследования. В диссертации используются матеі.:ати чоские методы теории случайных процессов, теории вероятностей алгебры многочленов и рациональных функций, теории непрерывны и дискретных линейных динамических систем, теории функций ком лексного переменного.
Новые научные результаты.
-
Предложен и обоснован метод имитации гауссовых стацис нарных случайных процессов, основанный на представлении их зі: гетических спектров в форме разложения по системе базовых ква зиортогональных функций.
-
Выбрано и исследовано семейство квазиортогональных функций, аппроксимирующих произвольную спектральную плотность ограниченную на конечном интервале.
-
Разработана структурная схема дискретного фільтра и генерирующий алгоритм, позволяющий фс-г.-гировать отсчёты случаї
>го процесса с многопояосньм спектром.
-
Исследовано влияние иага дискретизации по времени на ічность моделирования. Даны рекомендации по выбору верхней и іжней границе вага.
-
Разработана методика использования алгоритма формирова-!Я управляющего ГССП с многополосным спектром в реальном време-і с учетом динамических свойств тракта прохождения сигнала.
Практическая ценность работы. На основа теоретических ре-отьтатов, полученных в диссертации, разработана совокупность эедств методического и программного обеспечения для машинной дітации ГССП с гаданньв.и статистическими характеристиками, яд-зм которой является диалоговый комплекс прикладных программ, эиентированный на"конечного"пользователя. Даны рекомендации по азработке аппратньк конфигураций для создания территориально-аспределенкых АСКИ со стохастическим управлением объектом. Раз-аботаняый программно-аппраганый комплекс и его отдельные ком-эненты включены в состав типового программного обеспечения ярокого применения АСШ МЭИ и внедрены в ряде научно-исследо-ательских организаций и вузах. Внедрение результатов работы э всех фортах сопровождалось социальным эффектом, связанным с звшганием компьютерной грамотности исследователей,, и технически эффектом, обусловленным ловыаением достоверности и качества роводимых исследований за счёт применения моделей стохастичес-хх воздействий, более точно описывающих реальные случайные фак-оры. За счёт отказа от натурных испытаний получен экономически оффект, оцениваемый в 21 тыс.рублей.
Апробация работ». Основные положения диссертационной работа окладывалисъ и обсуждались на У Всесоюзном симпозиуме по модуль-ым информационно-вычислительным системам (Ккпинис, 1985); на Всесоюзной конференции по перспективным методам планирования анализа экспериментов при исследовании случайных полей и провесов (Севастополь, 1985); на УШ Всесоюзной конференции по панирован к автоматизации эксперимента в научных исследова-иях (Ленинград, 1986); на Всесоюзном научно-техническом оове-ании "Регулируемые электродвигатели переменного токе" (Владя-ир, 1987); на конференциях молодых учёных и специалистов МЭИ Москва, 1986 и 1988); на И Всесоюзной школе "Проектирование втоматиэированных систем контроля и управления сложными объемами" (Хорьков, 1988); но республиканской научной конференции
Автоматизированные системы реального времени для эргономически*
- б -
исследований" (Гарт/, І9Є8); на IX Всесоюзной конференции по планированию и автоматизации эксперимента в научных исследованиях (Москва, 1989).
Результаты, полученные в диссертации, использованы в коллеї тивных работах с участием автора:
"Учёные высшей квалификации - научно-техническогг/ прогрессу" (Экспонат ВДНХ СССР) - бронзовая медаль, 1587 год.
"Разработка и внедрение локальных систем автоматизации инженерного эксперимента на базе интерфейса КАМАК" - Ш премия Всесоюзного конкурса на лучшие разработки в области автоматизированных систем для научных исследований, проектирования и упра: ления Научно-технического общества радиотехники, электроники и связи имени А.С.Попова, 1968 год.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из осно: ной части и приложения. Основная часть содергит введение, пять глав и заключение, изложенные на III страницах машинописного текста. Работа иллюстрирована 43 рисунками, содержит 9 таблиц. Список литературы включает 84 наименования.
