Введение к работе
Актуальность темы. Предметом изучения в диссертационной работе служат модели и программные средства .позволяющие исследовать процессы в осцилляторных нейронных сетях (ОНО, построенных на основе частотно-импульсных модуляторов.
Интерес к изучению ОНС вызван результатами нейрофизиологических экспериментов .указывающих на существенную .а возможно и центральную роль колебательных процессов в работе нервной системы. Таким образом,в отличии от других направлений, при изучении осцилляторных нейронных сетей основной интерес сосредоточен на динамических, колебательных аспектах функционирования нейронных сетей.
Одним из стимулов развития осцилляторных сетей является желание сформулировать ноеьіє принципы обработки информации, и использовать эти принципы для разработки высокоэффективных технических устройств.Работа в этом направлении только началась.
В качестве элемента отдельного осциллятора в диссертационной работе рассматривается частотно-импульсный модулятор,описанный в ряде работ , как модель нейрона. Соединенные между собой возбуждающими и тормозными связями нейроны в осцилляторных сетях образуют многомерные динамические системы, которые, как правило, слишком сложны для математического анализа.
Наличие сложных перекрестных связей и большого числа нели-нейностей не позволяет найти универсальных аналитических методов исследования процессов в многосвязных частотно-импульсных системах (ЧИС). Обычно, такие системы изучаются методами имитационного моделирования на ЗВМ.Однако, использование известных пакетов прикладных программ .разработанных для моделирования систем автоматического управления, не позволяет эффективно исследовать процессы в рассматриваемых системах.
В диссертационной работе показано, что задача исследования нейроподобных ЧИС может быть решена с помощью существующих средстз имитационного моделирования многосзязных дискретных систем. Из анализа оснсзных математических средств, позволяющих разрабатывать имитационные модели'дискретных процессов, следует целесообразность использования математического аппарата модифицированной сети Петри с разноцветными маркерами.
В связи с тем. что известные методы и средства не позволяют достаточно полно исследовать процессы в многосвязных ЧИС. разработка математических моделей, алгоритмического и программного обеспечения, а также методик моделирования и исследования процессов в многосвязных частотно-импульсных системах со сложными перекрестными связями и асинхронной работой отдельных элементов является актуальной задачей.
Разработка моделей и программных средств для исследования процессов в нейроподобных частотно-импульсных системах (НПЧИС) имеет важное значение для создания высококачественных систем управления сложными динамическими объектами.
Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка математических моделей и программных средств,позволяющих моделировать и исследовать динамические процессы в многосвязных частотно-импульсных системах управления. В соответствии с этим в данной работе решаются следующие основные задачи :
- ,разработка общей концепции моделирования многосвязных
ЧИС на основе математического аппарата сетей Петри.
- разработка моделей типовых элементов частотно-импуль
сных систем автоматического управления на основе математическо
го аппарата сетей Петри,
- разработка математических моделей многосвязных ЧИС.
—разработка алгоритмического и программного обеспечения
для моделирования и исследования процессов , протекающих в НПЧИС .
- разработка методики моделирования и исследования про
цессов в многосвязных ЧИС .
'— проведение имитационного моделирования и исследования процессов в многосвязных ЧИС ,
- проведение имитационного моделирования и исследования
процессов в нейроподобной системе обработки визуальной информа
ции (СОВИ)адаптивного сварочного робота.
Научная новизна. В работе получены следующие основные научные результаты:
предложена и обоснована общая концепция моделирования многосвязных частотно-импульсных систем на базе математического аппарата сетей Петри.
разработаны матемаческие модели многосзязных частот-
но-импульсных систем на основе сетей Петри, которые позволяют эффективно исследовать процессы в системах автоматического управления с произвольным порядком дифференциального уравнения.
Практическая ценность полученных результатов заключается в следующем:
для проведения имитационных экспериментов по исследованию процессов,протекающих в многосвязных частотно-импульсных системах предложена концепция модульной генерации сетевой модели и разработан комплекс программных средств, позволяющих моделировать многосвязные частотно-импульсных системы с использованием сетей Петри с разноцветными маркерами,
разработана методика моделирования и исследования процессов в многосвязных частотно-импульсных системах,
разработаны алгоритмы управления адаптивным сварочным роботом, базирующиеся на предварительной обработке исходной информации устройством СОВИ и расчете коррекции уставки на привод робота,
разработана математическая модель,алгоритмы и программное обеспечение для исследования процессов в системе обработки визуальной информации адаптивного сварочного робота, построенной на нейроподобных элементах.
Апробация работы. Научные и практические результаты.полученные в диссертационной работе, использованы в научно-исследовательских работах N В89-43 "Разработка математических моделей нейронных сетей на базе многосвязных дискретных систем" и N К-120 "Математические модели нейронных сетей" в рамках программы "Университеты России" Государственного Комитета Российской Федерации по вьющему образованию. Программные средства и методики моделирования многосвязных систем внедрены в лаборатории "Нейроподобные системы"в НИИ многопроцессорных вычислительных систем при Таганрогском Радиотехническом Институте для решения задач оптимизации,а также применяются в учебном процессе на кафедре "Проблемы управления" Московского Государственного Института Радиотехники.Электроники и Автоматики (ТУ).
Практическое использование результатов диссертационной работы подтверждены соответствующими актами о внедрении (Приложение 1 ).
Внедрение работы. Основные положения и результаты дпссер-
тационной работы докладывались и обсуждались на XXXVII-XXXXII научно-технических конференциях МИРЭА (1988 - 93гг.),на П-ой Всесоюзной научно-технической конференции"Интеллектуальные системы" (1991г.), на I и II Международном научно-техническом семинаре "Теоретические и прикладные проблемы моделирования предметных областей в системах баз данных и знаний" (1992-93гг.), на Всероссийской конференции "Математическое моделирование в научных и технических системах" (1993г.).
В полном объеме материалы диссертационной работы докладывались на семинарах кафедры "Проблемы управления" МИРЭА .
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав,заключения , списка литературы и приложений. Общий объем работы содержит 247 стр..включая 140 стр. основного текста, 39 рисунков. 8 таблиц, список литературы из 105 наименований , 2 приложения .