Алгоритмы повышения эффективности решения задач анализа и синтеза систем управления с использованием параллельных вычислений

• Автор: Степанов, Андрей Михайлович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 141 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ЗАДАЧА ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СРЕДСТВ АНАЛИЗА, ИДЕНТИФИКАЦИИ, СИНТЕЗА ЗАКОНОВ УПРАВЛЕНИЯ.
1.1. Классификация задач теории автоматического управления и задача повышения эффективности средств их решения

1.2. Характеристика подходов к распараллеливанию вычислений.

1.3. Критерий оценки эффективности средств решения задач

1.4. Обзор средств организации параллельных вычислений

1.5. Постановка задачи исследования.

1.6. Выводы по главе

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ РАСПАРАЛЛЕЛИВАНИЯ ВЫЧИСЛЕНИЙ ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧ ПЛАНИРОВАНИЯ, АНАЛИЗА, ИДЕНТИФИКАЦИИ, СИНТЕЗА ЗАКОНОВ УПРАВЛЕНИЯ.

2.1. Методика распараллеливания вычислений

2.2. Критерий целесообразности применения параллельных вычислений
2.3. Исследование возможности организации параллельных вычислений при решении задач синтеза и анализа систем управления.
2.4. Исследование эффективности параллельных вычислений при выполнении матричных операций
2.5. Алгоритм оценки необходимых вычислительных ресурсов для решения задач при ограничениях на время решения.
2.6. Выводы по главе
3. ПЛАНИРОВАНИЯ ДЕЙСТВИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ
3.1. Планирование действий по решению задач синтеза и анализа систем автоматического управления с использованием параллельных вычислений
3.1.1. Исследование возможности применения параллельных вычислений при автоматическом планировании действий по решению задач
3.1.2. Алгоритм планирования решений задач с использованием ПИНС
3.1.3. Исследование эффективности планирования действий с использованием
параллельных вычислений
3.2. Планирование траектории с использованием параллельных вычислений
3.2.1. Исследование возможности применения параллельных вычислений при решении задач планирования траектории
3.2.2. Лучевой алгоритм стратегического планирования траектории
3.2.3. Нейросетевой алгоритм планирования траектории.
3.2.4. Особенности применения параллельных вычислений в рамках бортовых вычислительных комплексов мобильных роботов
3.2.5. Система управления группой мобильных роботовсаперов
3.3. Выводы по главе.
4. АЛГОРИТМЫ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ.
4.1. Особенности решения задач параметрической идентификации динамических систем.
4.2. Исследование особенностей применения генетических алгоритмов для решения задачи идентификации.
4.3. Модифицированный генетический алгоритм
4.4. Решение задачи идентификации модифицированным генетическим алгоритмом.
4.5. Модифицированный генетический алгоритм идентификации параметров динамической системы с использованием параллельных вычислений
4.6. Сравнительный анализ решения задачи идентификации генетическими алгоритмами с использованием параллельных вычислений.
4.7. Решение задачи диагностики неисправностей с помощью искусственной нейронной сети с использованием параллельных вычислений
4.8. Выводы но главе.
5. АРХИТЕКТУРА, АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА ЗАКОНОВ УПРАВЛЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ
5.1. Архитектура распределенной системы решения задач синтеза систем управления
5.2. Решение задачи управления силовой установкой.
5.2.1. Постановка задач синтеза закона управления.
5.2.2. Подход к решению задач синтеза закона управления силовой
установкой
5.2.3. Решение задачи 5.1.
5.2.4. Решение задачи 5.2.
5.2.5. Решение задачи 5.3.
5.3. Применение параллельных вычислений при решении задач синтеза закона управления.
5.4. Выводы по главе.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Методы системного анализа для исследования задач теории управления, методов их решения для исследования возможности применения параллельных вычислений, методы теории алгоритмов, математического моделирования, теории оптимального управления, теории идентификации, теории оптимального наблюдения, теории искусственных нейронных сетей. Объектом исследования являются системы информационной поддержки разработки и исследования современных систем автоматического управления, методы и алгоритмы решения задач идентификации, анализа и синтеза законов управления, а также алгоритмы планирования действий по организации вычислительного процесса решения указанных задач. Интернетсистемы информационной поддержки разработки и исследования систем управления. Практическая значимость работы заключается в реализации специального математического и программного обеспечения в виде компонентов сервера планирования действий, сервера приложений распределенной системы автоматического решения задач ГАММА3, обеспечивающих применение параллельных вычислений в процессе планирования действий и их выполнения в ходе решения задач разработки и исследования систем управления. Исследования выполнялись по гос. Разработка распределенной вычислительной среды для создания систем управления жизненным циклом мобильных мехатронных комплексов. Результаты диссертации используются на проектнопроизводственном предприятии 1Ш Дизельавтоматика г. Саратов, в учебном процессе СГТУ. Достоверность и обоснованность результатов диссертационного исследования подтверждается корректным использованием математических методов, компьютерным моделированием успешным их использованием в различных организациях соответствием основных теоретических положений и выводов практическим результатам, полученным на основе разработанных моделей и методов. Апробация работы. Основные результаты работы обсуждались на Международных научнотехнических конференциях Математические методы в технике и технологиях Ярославль, Саратов, , Смоленск, , Саратов, Харьков, Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта Москва, , Интеллектуальные системы Вологда, , Проблемы управления, обработки и передачи информации Саратов, , , Логистика и экономика ресурсоэнергосбережения в промышленности МНПК ЛЭРЭП5 Саратов, , 5 i i ii Ii , Ii ii i II. Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в печатной работе, в т. ВАК РФ. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка использованной литературы и приложения. Работа изложена на 7 страницах машинописного текста, содержит рисунок и 3 таблицы, список литературы включает 6 наименований. В соответствии с 1 теория автоматического управления ТАУ это наука о закономерностях процессов, протекающих в системах автоматического управления САУ, принципах и методах построения этих систем. В ТАУ,как и во всякой научной теории, можно различить содержательную и формальную части. Содержательную часть ТАУ составляют понятия, модели объектов и систем управления и принципы например, принцип регулирования по отклонению 2. Построенные математические модели объекта или САУ, среды и цели управления выступают предметом математического исследования, которое и составляет формальную часть ТАУ 2. В каждой из указанных категорий задач выделяются подзадачи анализа и синтеза, а также вспомогательные задачи. В задачах синтеза оптимальных САУ в качестве исходных данных выступают модели объекта управления, измерительного устройства, соотношения для регулируемых переменных и требования к показателям точности и качества САУ по регулируемым переменным. Требуемым результатом здесь служит модель управляющего устройства. В задачах идентификации под синтезом понимается построение математической модели идентифицируемого объекта. Процедуры решения задач синтеза являются сложными, многошаговыми, часто итерационными. При этом применимость тех или иных действий регламентируется целым рядом условий, проверка выполнимости которых осуществляется посредством решения задач анализа.