Способи та засоби побудови ефективних цифрових моделей реального часу для керованих динамічних систем - Автореферат

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наукРобота виконана на кафедрі інженерії програмного забезпечення Національного авіаційного університету Науковий керівник: к.т.н., доцент Романов Євген Іванович Національний авіаційний університет доцент кафедри інженерії програмного забезпечення Офіційні опоненти: Заслужений діяч науки і техніки України, д.т.н., професор Нагорний Леонід Якович Національний авіаційний університет професор кафедри обчислювальної техніки к.т.н., старший науковий співробітник Максимович Микола Олександрович Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Захист відбудеться "16" січня 2003 р. о 15 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.26.062.05 у Національному авіаційному університету за адресою: 03958, пр.Розвиток високотехнологічних галузей вітчизняного народного господарства таких як аерокосмічна промисловість, побудова тренажерів (авіаційних, морських та ін.), виробництво вбудованих компютерних систем керування (бортові системи та ін.), біокібернетичних систем, роботів та маніпуляторів викликає нагальну необхідність впровадження цифрових систем керування динамічними обєктами. Основу такої системи складає цифрова модель (ЦМ), що функціонує у режимі реального часу (РЧ), для керованого динамічного обєкту. Існуючі на даний час способи побудови ЦМ у своїй більшості не враховують режиму РЧ та використовують при моделюванні такі засоби як: чисельне інтегрування систем диференційних рівнінь, що описують динамічну систему (ДС); інтерполяцію і екстраполяцію та ін. При збільшенні вимірності та складності ДС ці методи потребують суттєвих витрат основних обчислювальних ресурсів (ООР), таких як оперативна память та час процесора цифрової обчислювальної системи (ЦОС). Основні результати по даній дисертаційній роботі були отримані в процесі виконання досліджень кафедри теорії автоматичного управління та авіаційних тренажерів Київського міжнародного університету цивільної авіації по темі "Розробка методів оптимального використання основних ресурсів обчислювальних систем при моделюванні складних авіаційних динамічних обєктів", затвердженої наказом Міністерства освіти України № 773-ДБ97 від 2.01.1997р.У вступі дана загальна характеристика роботи, обгрунтовано актуальність теми, сформульовано мету та задачі досліджень, визначено методи дослідження, показана наукова новизна та практична цінність, відображено основні результати проведених досліджень, а також приведена структура роботи.Проведено аналіз існуючих способів побудови ЦМ лінійних ДС, у тому числі і для режиму РЧ: операційні методи (метод прямого z-перетворення, метод квантування і фіксації, метод z-форм, метод підбору коренів); методи з використанням різницевих схем; методи чисельного інтегрування (ЧІ); метод диференціальних перетворень та ін. На базі теорії ефективності технічних систем (ТС) обрано критерії, по яких оцінюються показники ефективності ТС, та методи їхньої оцінки: Wt(u) - точність ЦМ ДС; WV(u) - обсяг ОП, який займається ЦМ; Wн(u) - надійність ПЗ ЦМ ДС; Wp(u) - продуктивність ЦМ ДС; тм - витрати часу на моделювання на одному кроці; де u - способ побудови ЦМ ДС. На підставі цих показників проаналізована ефективність існуючих способів побудови ЦМ ДС та зроблено такі висновки: - ефективність ЦМ РЧ для керованих ДС в основному визначається етапами 2 та 3, тобто істотно залежить від методів і процедур дискретної апроксимації неперервного МО, складності алгоритму та реалізації його машинної програми; При моделюванні в часовій області метод базується на властивостях прямого й зворотнього перетворень Лапласу і дозволяє виключити при цифровому моделюванні похибку дискретної апроксимації та трансформовану похибку. Обчислювальна та параметрична похибки не мають на результати цифрового моделювання практичного впливу, оскільки всі операції проводяться з числами з плаваючої крапкою із точністю представлення 2,9?10-39.Використовуючи можливості комплексу програм, розробленого по способу з використанням алгоритму перетворення Лапласу, розглянуто шість прикладів побудови ЦМ ДС при різноманітних порядках лівої та правої частин ДР (із максимальними значеннями порядку лівої частини n=7 і правої частини m=5), у тому числі й приклади моделей параметрів бокового та подовжнього рухів літака: де a(t) - кут атаки; dв(t) - відхилення руля висоти. Тобто цілком підтверджені переваги розробленого способу, які були відзначені в розділі 2, зокрема і досягнення з його використанням потенційно можливого значення показника ефективності Wt(u) - точності моделювання. Спосіб побудови ЦМ РЧ для керованих ДС з використанням властивостей інтегралу згортки розглянуто на шістьох прикладів однієї ДС вигдяду: при при різноманітних законах зміни вхідного впливу. Проведено порівняльний аналіз запропонованого способу та методів Рунге-Кутта 4-го порядку точності й Адамса 3-го порядку точності по обраним показникам ефективності.

2. Основний зміст роботи