Введение к работе
AKШЛШ&&JІОДІЛЯШ Теория и практика спектральных анализаторов и фильтров (САФ) традиционно выполняет направлявшую роль для кирокой сферы системных разработок производственного, научного и учебного содержания. Она является, кроме всего прочего; плодотворным учабно-исследоватвльским "полигоном" в связи с активным освоением и развитием современных технологий инженерного творчества. Тематика САФ характеризуется большой динамично-отьв и непрерывно пополняется принципиальными достижениями. Достаточно назвать новые методы, алгоритмы и устройства быстрого преобразования Фурье і Хартли и Уолша (БПФ, БІК, БПУ). Существенным представляется и Постепенный переход от одновариантного к мяоговариантному спектральному оцениванию, особенно в плане построения и использования многовариантных спектральных анализаторов и фильтров (МвСАФ).
Необходимость многовариантного спектрального оценивания обу
словлена целым кругом обстоятельств. К ним относится многоцеле
вой характер функционирования» к примеру, АСУТП со встроенными
тренажерами и испытательными стендами, а также существенная не
стационарность реальных рядов обрабатываемых данных и высокая
чувствительность самих процедур бценивания к вариациям их исход
ных предпосылок, .
Моано ставать, что многовариантность предопределяется объективными внешними и внутренними факторами эффективного опектраль-. ного оценивания. Этим на отвергается, конечно, богатый арсенал уже ставших типовыми одновариантных САФ. Более того, именно они служат первоосновой формирования МвСАФ и наведение соответствующих "Мостиков'1 является важной частьюі рассматриваемой проблемы. Веда в большинстве своем каждый МвСАФ представляет ШХЧХХШОШОг Ш&Ж<Ш&.'№3 одновариантных САФ с их максимально возможным взаимосовметёнйём и взаимодействием; При этом одновариантные САФ подвергаются допустимым преобразованиям с точной или приближенной эквивалентностью. В настоящей диссертации проработан, разумеется; только относительно Небольшой комплекс задач построения и использования МвСАФ в,технологических сиотемах автоматизации с приложением к объектам черной металлургии и производства специальных пластмасс.
ІІ8ЛЬ.ЛИ&ЯВХШВІ» На основе известннх достижений в теории к
- 4 -практике спектрального оценивания разработать и применить алгоритмическое (включая программное) обеспечение многовариантных спектральных анализаторов и фильтров (МвСАФ) в технологических системах автоматизации научного, производственного и учебного назначения. В рамках этой общей цели; I) Выбрать и доработать с позиций многовариантного спектрального оценивания типовые алгоритмические структуры из известных трудов по спектральному оцениванию. 2) Сформировать и исследовать базовые и конкретизированные структуры многовариантных спектральных анализаторов и фильтров в рамках внешней (вход - выходной) и внутренней поэлементной интеграции спектральных каналов на примере оценивания, главным образом, одномерных дискретных сигналов'(временных рядов данных). 3) Детально представить и применить конкретные алгоритмы мнсгова-риалтных спектральных анализаторов и фильтров (включая компьютерные программы) в технологических системах автоматизации активного обучения методам и средствам спектрального оценивания, моделирования и настройки программных модулей для АСУЩ, в также непосредственно технологических систем автоматизации в черной металлургии и производстве специальных пластмасс.
Ш13.ЦЫ.ЖЛЯ11ШШ1.Жй83М- 2 идейном плане главная роль отводится классической теории спектрального оценивания, современным методам цифрового спектрального анализа-, теории и практики систем с многовариантной структурой. При разработке МвСАФ основной упор сделан на применение наиболее широко используемых ортогональных базисов и алгоритмов быстрого преобразования Фурье, Хартли и Уол-ша. Дри построении МвСАФ осуществлен сопоставительный анализ алгоритмических структур путем их воспроизведения на модельных, натурно-модельных и натурных данных.
Научная.новдзн.д дирседтадіи заключается в постановке и решении задач многовариантного спектрального оценивания. На основе теоретических и прикладных исследований выделен новый класс мне— говариантных структур с поэлементной меясканальной интеграцией в основном для базисов Фурье, Хартли, Уолта, Хаара, ортогональных на конечном интервале,и подучена новая базовая структура - многовариантная структура древовидного типа. Разработаны базовые л конкретизированные структуры МвСАФ с вариантностью по длине реализаций сигнала (по объему данных), по спектральной размерности, по преобразованиям и конкретизированные структуры ряда типовых спектроанализаторов в базиезх Фурье, Хартли, Уолша, Перова и,в частности,параметрически вариантние (по задержке, запаздыванию)
- 5 -двухкомпонентные спектроанализаторы, явлжхшося типовыми звеньями в схемах SB''» HIS, БПХ. Показана возможность реализации типовых фильтров экспоненциального сглаживания в вида КвСАФ Лагерра.
и^КШІ^Чт.ЛШіггТк.ЛЛЧШ^гтіялч31Л>Хггом. Большая часть сделанных разработок имеет выход на инженерную деятельность по совершенствованию (расширению) функціональних возмомостой методов спектрального оценивания в технологических системах автоматизации учебного, научного и производственного назначения. Для производственного использования разработаны алгоритмические структуры, программные модули и методическое обеспечение по обработке временных рядов при решении задач фильтрации, экстраполяции и скатия данных в рамках АСУТП. В работе они применены при обработке данных по доменной печи и производству специальных пластмасс. Соответствующие программные модули включены в состав алгоритмического обеспечения АСУТП на Кузнецком металлургическом комбинате (КМК), на производственном объединении "Химкомбинат "Енисей" и некоторых других. Особо выделим конкретный вклад в учебный процесс, имея в виду применение прикладной теории многовариантного спектрального оценивания при разработки новых лекционных курсов, при активном изучении спектральных методов обработки данных нп практических занятиях, при постановке лабораторных работ.
АЖО.'ЙІШЗ.ХШІО-.ЇЙ. Основные положения диссертации многократно докладывались я получили одобрение .на 15 представительных конференциях и семинарах, включая: Всесоюзный семинар "Эволюционное моделирование и обрабовка данных радиофизического эксперимента" (г.Звенигород, 1984); Всесоюзный научно-практический семинар "Опыт использования распределенных систем управления технологическими процессами и производством" (г.Новокузнецк, 1986); П Всесоюзный семинар по.обнаружению изменения свойств случайных процессов (г.Звенигород, 1988); W Всесоюзная научно-практическая конференция "Математическое, алгоритмическое и техническое обеспечение АСУТП" (г.Ташкент, 1988); Ш Всесоюзный семинар "Обнаружение изменения свойств случайных процессов" (г.Еоронек, 1990); Международная научно-практическая конференция "Статистические методы в теории передачи и преобразования информационных сигналов" (г.Киев, 1992).
Ш.ФШМШБІ- По теме .диссертации опубликовано 6 статей, 9 тезисов докладов, депонировано в ВИНИТИ 5 статей,.получено I авторское свидетельство на изобретение.
0ьшШВйШ13]&- Диссертация состоит из введения, трех -<,
- Є -
заключения, списка литературы и содерглт 242 страницы основного машинописного текста.
І^иіЧХЛвШІШ.ЛЖШй-ШШьМЗ.'іЗШі.- На защиту вынесены теоретические и инженерные разработки по методическому и алгоритмическому (в том числе программному) обеспечению многовариантного спектрального оценивания временных рядов данных в технологических системах автоматизации учебного, научного и производственного назначения. Основной вклад автора в эти разработки заключается в постановке конкретных задач, выборе и детализации методов решения по разработке алгоритмических структур и программных модулей МвСАФ с их исследованием и применением в задачах обработки временных рядов данных по типопрвдставителышм реализациям, в том числе по доменной печи и производству специальных пластмасс.
'Исследования выполнены как составная часть региональной Кузбасской программы "Разработка принципов и средств автоматизации производства, интеллектуальной деятельности и учебного процесса (решение Кемеровского облисполкома J5 346 от 30.10.89 г. и коллегии Минвуза POSCP от К 11.89 г.); комплексной научно-технической программы ГК НТ при СМ СССР на 1986-90 гг. "Интегрированные АСУ" -0.80.02, задание 35.0І.05П (постановление ГК НТ и Госплана СССР Ге 543-228 от 21.10.85 г.) и меквузовской научно-технической программы на 1986-90 гг» "Создание и развитие УИ САПР и их подсистем в вузах" - задание 1.2.15 (приказ Минвуза СССР В 195 от 16.03.87г.), а также хоздоговоров с производственным объединением "Химкомбинат "Енисей", г.Красноярск.