Введение к работе
-3-
Актуальность проблемы. Экономические сложности, испытываемые сейчас страной, поставили ее космическую отрасль на грань кризиса. Резко сокращено бюджетное финансирование, а переход на рыночные отношения затруднен вследствие жесткой конкуренции других космических держав и в связи с необходимостью большого объема инвестиций для поддержания темпов исследований и разработки новой техники. Тем более актуальной стала проблема максимально эффективного использования тех ресурсов, которые бюджет может выделить для развития космической отрасли. Этого в частности можно добиться, совершенствуя процесс разработки новых космических систем, делая его по возможности более автоматизированным и тем самым сокращая период от задания на разработку до ввода системы в эксплуатацию.
В связи с этим на первый план при разработке систем управления космическими аппаратами выходит анализ возможных вариантов этих систем и выбор наиболее эффективных из них. Эти и аналогичные задачи решаются в настоящее время интуитивно, исходя из опыта экспертов и имеющейся информации о функционировании системы. При этом в расчет принимается лишь небольшое число (единицы) из возможных вариантов, поскольку расчет эффективности каждого варианта сопряжен с большими вычислительными трудностями. Модели, описывающие данные задачи, достаточно сложны, и для их обработки требуется мощная вычислительная техника. Однако даже наличие современных персональных компьютеров и рабочих станций не позволяет решать указанные задачи без программной реализации специальных подходов к решению таких задач. Необходимость разработки таких подходов и их программной реализации вытекает из ряда специфических особенностей моделей, которые делают бесполезными традиционные методы расчетов в применении к ним. Диссертационная работа посвящена разработке алгоритмического и программного обеспечения для решения задач синтеза систем управления космическими аппаратами и направлена на построение математических моделей задачи выбора эффективного варианта технологического контура управления одним космическим аппаратом и группой космических аппаратов, а также на разработку и программную реализацию специальных подходов к решению этой задачи.
Целью диссертационной работы является разработка методов оптимизации для решения задачи синтеза управления космическими аппаратами по технологическому контуру и планирования загрузки системы управления орбитальной группой, которые формализуются в виде задач смешанной оптимизации алгоритмически заданных функций, а также реализация этих методов в виде программных систем.
Для достижения этих целей решались следующие задачи:
-анализ системы управления космическими аппаратами и выявление особенностей и проблем, возникающих при выборе варианта технологического контура системы управления орбитальной группой;
-построение математических моделей, формальне описывающих задачи выбора вариантов системы управления, анализ полученных моделей с точки зрения применимости различных подходов оптимизации;
-разработка алгоритмов оптимизации с учетом спецификр моделей и реализация их в виде программных систем;
-решение с помощью построенных моделей и разработанны> программных систем задачи выбора эффективного варианта системь управления космическими аппаратами и планирование ее загрузки сравнение эффективности предлагаемых подходов.
Методы исследования. Для решения поставленных зада1 использовался аппарат теории систем и системного анализа, теориї стохастических процессов, теории оптимизации, теории вероятностеі и математической статистики.
Научная новизна результатов, полученных~в диссертация состоит в следующем:
1 .Показано, что задача выбора эффективного варианта системі управления космическими аппаратами по технологическому контур формализуется в виде задачи смешанной оптимизации с дискретным и непрерывными переменными и алгоритмически заданными целево функцией и ограничениями.
2.Разработаны методы смешанной оптимизаци алгоритмически заданных функций с использованием специально организации программного обеспечения и эволюционных поисковы стратегий, позволяющие эффективно решать задачи выбора вариаш
-5-технологического контура системы управления космическими аппаратами и планирования загрузки ресурсов системы управления. 3.Разработанные алгоритмы применены к решению практических задач выбора эффективного варианта системы управления космическими аппаратами и планирования загрузки ресурсов системы управления. Проведено сравнение эффективности подходов, даны рекомендации по их применению.
Практическое значение. Разработанные программные средства и построенные модели использовались при решении реальных задач выбора эффективных вариантов системы управления космическими аппаратами. Результаты расчетов переданы НПО ПМ.
Алгоритмы, предлагаемые для решения задач смешанной оптимизации с алгоритмически заданными целевыми функциями, а также программные системы на базе этих алгоритмов, используются в учебном процессе кафедры Системного анализа и исследования операций Сибирской Аэрокосмической Академии при обучении студентов по курсу «Теория оптимизации» и для проведения лабораторных работ по данному курсу.
Основные защищаемые положения
1.Задачи, связанные с выбором эффективного варианта системы управления космическими аппаратами формализуются в виде задач смешанной оптимизации с алгоритмическими целевыми функциями и ограничениями.
2. Предлагаемые алгоритмы смешанной оптимизации на базе специальной организации программного обеспечения и на базе эволюционных поисковых стратегий обеспечивают получение как точного, так и приближенного оптимума при оптимизации алгоритмических функций со смешанными переменными.
3.Разработанные программные системы позволяют эффективно решать задачи выбора вариантов системы управления космическими аппаратами и планирования загрузки ее ресурсов, а также широкий круг других задач, формализуемых в виде задач смешанной оптимизации явных и алгоритмических функций.
Публикации. По теме диссертации опубликовано девять печатных работ, список которых приводится в конце автореферата.
Апробация работы. Основные положения и отдельны результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
Международной конференции IFIP "Моделирование v оптимизация систем" (Прага, 1995),
10-й Международной Байкальской школе-семинаре пс оптимизации (Иркутск, 1995),
Международных симпозиумах по исследованию операций (Пассау, 1995, Брауншвайг, 1996) (с демонстрацией программногс обеспечения),
научных семинарах кафедры Системного анализа і исследования операций Сибирской Аэрокосмической Академш (Красноярск, 1995,1996).
Структура работы. Диссертационная рабога состоит и: введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений Общий объем работы — 150 страниц, список литературы — 10! наименования. В приложениях приведены исходные данные і
результаты решения практических задач.
Похожие диссертации на Методы решения специальных классов задач оптимизации при синтезе управления космическими аппаратами
