Математическое и программное обеспечение процесса построения моделей идентификации

• Автор: Крыжановский, Дмитрий Иванович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Волгоград
• Количество страниц: 153 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. МЕТОДЫ, АЛГОРИТМЫ И ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ МОДЕЛЕЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ

1.1. Задача идентификации. Основные подходы и этапы е решения

1.2. Математическое обеспечение процесса построения моделей идентификации

1.2.1. Этап предварительной обработки данных.

1.2.2. Этап построения модели

1.2.3. Этап оценки качества модели.

1.3. Программные средства, применяемые для построения моделей идентификации

1.4. Постановка задачи диссертации
ГЛАВА 2. МЕТОДИЧЕСКОЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ПОСТРОЕНИЯ МОДЕЛЕЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ
2.1. Методика построения моделей идентификации
2.2. Регуляризация исходных данных
2.3. Математическое обеспечение задачи нелинейной параметрической идентификации
2.3.1. Проблемы параметрической идентификации сугубо нелинейных зависимостей
2.3.2. Сравнительная характеристика методов оптимизации
2.3.3. Метод нелинейной параметрической идентификации
2.4. Комплексная оценка качества моделей идентификации
2.5. Структурная идентификация с использованием генетического программирования.
2.6. Выводы по главе 2
ГЛАВА 3. ПРОГРАММНОМЕТОДЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ МОДЕЛЕЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ
3.1. Общие требования к системе.
3.2. Архитектура системы и инструменты разработки.
3.3. Реализация методики построения моделей идентификации.
3.4. Описание подсистем. Режимы работы
3.5. Использование вычислительных алгоритмов и численных методов
3.6. Выводы но главе 3.
ГЛАВА 4. АПРОБАЦИЯ И ВНЕДРЕНИЕ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА
4.1. Экспериментальная проверка алгоритмов и методов на тестовых задачах.
4.2. Применение программного комплекса для решения практических задач.
4.3. Использование в учебном процессе
4.4. Возможные области применения
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


В качестве методов исследования в работе используются методы математического анализа и математической статистики, математического моделирования на ЭВМ, искусственного интеллекта, системного анализа, теории трансляции, теории регуляризации, теории алгоритмизации, методы оптимизации, численные методы, а также методы объектно-ориентированного анализа п проектирования систем. Сформулирована обобщённая методика построения моделей идентификации, унифицирующая порядок восстановления математических зависимостей, автоматизирующая все основные этапы решения задачи (включая предварительную обработку данных, структурную и параметрическую идентификацию, оценку качества моделей) и поддерживающая вариативность и итеративность процесса моделирования. Модифицирован метод регуляризации данных, позволяющий частично нейтрализовать влияние случайных шумов. Разработаны и алгоритмизированы новые методы нелинейной параметрической идентификации и структурной идентификации, позволяющие автоматизировать ряд важных процедур идентификации и существенно расширить мощность моделирования. Предложен комплексный критерий оценки качества моделей идентификации, помимо остаточной дисперсии учитывающий также информацию о сложности восстанавливаемой функции, что позволяет повысить адекватность моделей и улучшить их устойчивость за пределами обучающих выборок. Достоверность и обоснованность научных положений и результатов, приведенных в диссертационной работе, обеспечиваются использованием апробированных на практике методов математического и компьютерного моделирования, искусственного интеллекта и аппарата нечётких вычислений, подтверждаются показателями эффективности работы созданного программного комплекса на тестовых массивах экспериментальных данных, а также результатами его функционирования при решении конкретных задач построения моделей по результатам наблюдений. Обобщённая методика построения моделей идентификации. Метод сглаживания исходных данных с использованием теории регуляризации. Метод параметрической идентификации нелинейных моделей. Метод комплексного оценивания качества моделей идентификации. Метод структурной идентификации на базе генетического программирования и нечётких вычислений. Прраммный комплекс построения моделей идентификации «Constellation», прошедший практическую апробацию и внедрение. Обобщённая методика моделирования поддерживает вариативность и итеративность процесса моделирования, включает в себя все основные этапы предварительной обработки данных, структурной и параметрической идентификации и оценки качества моделей, что позволяет её использовать при решении задачи идентификации па ЭВМ, обеспечивает свободный доступ ко всем промежуточным результатам вычислений и предоставляет возможность гибкого управления ходом процесса моделирования. Разработан интегрированный программный комплекс, автоматизирующий широкий набор процедур и подзадач, связанных с идентификацией. Разработанные методика и программный комплекс удовлетворяют стандарту СШЗР-ЭМ, результаты моделирования сохраняются в ХМЬ-подобный формат файлов, совместимый со стандартом РММЬ. По итогам данного исследования были разработаны методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Моделирование систем», разработанный программный комплекс был внедрён в учебный процесс кафедры САПР и ПК ВолгГТУ. Также программный комплекс прошел апробацию и внедрение в Физико-техническом институте им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук и ООО «ЛУКОИЛ-ВолгоградПИПИморнефть». Программный комплекс прошёл регистрацию в Общеотраслевом фонде алгоритмов и программ (ОФАП), регистрационный номер 6. Про-граммный комплекс в целом и его отдельные составляющие могут применяться при решении задач инженерной практики, задач управления, научно-исследовательских и учебных задач, связанных с математическим моделированием физических процессов и технических систем. Публикации. Основные положения диссертации отражены в опубликованных работах. В том числе 3 статьи напечатаны в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях РФ, в которых ВАК рекомендует публикацию основных результатов диссертационных работ, получено 1 свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ.