Введение к работе
Актуальность темы. Резкий рост технологического уровня производства, увеличение объемов информации, требующейся для принятия решений, усложнение задач управления предприятием, необходимость работы в условиях рынка ставят перед руководителям инженерных служб и персоналом структур управления задачи внедрения прогрессивных форм и методов руководства, современных информационных технологий, широкого применения современной вычислительной техники и средств связи.
Оперативное управление производством, своевременное принятие оптимальных решений возможны и высокоэффективны при использовании автоматизированных систем управления, при применении вычислительной техники и систем связи. Дорогостоящее оборудование, еще более значительные затраты на математическое обеспечение и пакеты прикладных программ для реаения задач управления, заставляют осуществлять поиск новых информационных технологий, вкладывать денежные средства на проведение научно-исследовательских работ, связанных с математическим моделированием в'аспектах решения задач оптимизации управления и оптимального синтеза новых систем. Одним из фундаментальных направлений научных исследований и прикладных научно-исследовательских работ является направление, связанное с разработкой методов моделирования и адаптивного управления в условиях отсутствия адекватной математической модели объекта Сотсутствия априорных сведений о модели объекта}.
В настоящее время существует математический аппарат адаптивных . методов управления в условиях априорно неизвестной модели объекта, широко изложенный в работах Цетлина М. Л., Агадисяна Г. А.,Юдина Д.Б., Цыпкина Я. 3. , Сраговича В. Г. , Буртименко А. В. , Дынкина Е. Б., Якубовича В.А., Рсббинса Н. и других отечественных и зарубежных ученых.
В данных работах под адаптивной системой понимается такая управлявшая система, которая в процессе-управления любым объектом известного класса за конечное время достигает цель.
Адаптивные системы управления в условиях неопределенности, методы адаптивного управления базируются на автоматном'представлении .. систем, изучении поведения автоматов в системе "автомат-среда", описании системы управления как обучаемой системы.
В данной диссертационной работе в качестве прикладной области
4 ;
взяты задачи, связанные с моделированием функционирования сетей и систем передачи дискретной информации, оптимизацией их функционирования, повышением эффективности их использования.
Применительно к задачам моделирования и адаптивного управления в системах и сетях передачи дискретной информации перспективным и важным является использование адаптации для задач оптимизации выбранных критериев. Этот подход позволяет разработать отличные от известных виды моделей источников ошибок в каналах, адаптивные методы повышения помехоустойчивости, обеспечит решение задач эффективного использования пропускной способности каналов связи, управления распределением потоков сообщений на сетях связи.
Интересной и перспективной является постановка задач адаптивного управления с привлечением теории нечетких множеств. В этом случае адаптивная система в условиях отсутствия априорных сведений о модели объекта может рассматриваться как ситуационная система с нечеткой логикой. В развитие этого математического аппарата и его прикладного аспекта внесли большой вклад такие ученые как Аверкин А. Н., Алиев Р. А., Борисов А. Н. , Берштейн Л. С., Кофман. А., Мицумото М. , Мелихов А. Н., Поспелов Д. А., Церковный'А. Э., Шапиро Д. И. и другие.
Анализ имеющегося теоретического материала в области исследования адаптивных систем управления, методов моделирования, анализ возможностей теории ситуационных систем с нечеткой логикой, известных методов моделирования, исследования и оптимизации параметров систем и сетей передачи дискретной информации позволил выявить аспекты теоретических изысканий для задач построения адаптивных систем управления на базе автоматных обучаемых систем при нечеткой исходной информации и нечетким выводом управляющих действий. Кроме того, этот под-, ход позволил решать задачи оптимизации функционирования систем и сетей передачи дискретной.информации новыми методами, отличными от ранее известных. .
Большое внимание в работе уделено приложении полученных теоретических результатов для разработки адаптивных методов выбора корректирующих кодов в системах передачи информации с обратной связью и практической реализации устройств управления.
Целью диссертационной работы является развитие методов прикладного математического моделирования при отсутствии априорных сведений о модели объекта и исследования адаптивных систем управления,' рассматриваемых как ситуационные системы с нечеткой логикой, относи-
телыю задач анализа и оптимального проектирования систем и сетей передачи дискретной информации'.
.Поставленная цель определяет следующие основные задачи диссертационной работы:
разработка теоретического аппарата постановки задач адаптивного управления; определение модели объекта управления, модели нечеткого управляемого случайного процесса, нечетких целей управления;
разработка модели автоматной адаптивной системы с нечеткими стратегиями управления;
разработка и исследование модели процесса функционирования систем передачи дискретной информации (СПЛЮ;
разработка и исследование автоматной модели канала передачи дискретной информации (КПДЮ;
разработка математической модели адаптивной СПДИ; определение модели управляемого случайного потока ошибок в КШШ; определение стратегий функционирования;
разработка способа выбора корректирующего кода в условиях отсутствия априорных сведений о модели ошибок з КПДИ, соединяющего передающее и приемное устройства без дополнительных приемо-передаших устройств;
-- разработка и исследование игрового способа распределения потоков сообщений в сетях связи;
- исследование сходимости алгоритмов функционирования автомат
ной обучаемой системы управления коммутацией.
Объектом исследования диссертации являются математические модели и способы адаптивного управления в условиях отсутствия априорных сведений об объекте и нечетко поставленных целях функционирования.
Методы исследования. К числу основных методов исследований, используемых в диссертации, относятся теория построения моделей, принципы системного анализа, методы функционального анализа, теории адаптивного управления, случайных процессов, статистических решений, нечетких мноаеств, основные положения математической статистики.
В экспериментальных исследованиях применялось аналоговое моделирование, моделирование на ЭВМ, натурный эксперимент.
Следует особо отметить, что традиционные методы теории автоматического управления, методы оптимизации, сходимости в данной диссертационной работе не рассматривались и не применялись в связи с постановкой задачи, отличающейся от ранее известных кзу-
чением моделирования к управления объектами при условии отсутствия сведений' о модели объекта и изменении его параметров в процессе функционирования.
' Матодологическур основу работы составляет концопсия системности, которая состоит в представлении и исследовании моделей систем и сетей передачи дкскрэткой информации применительно к задачам управления сложными объектами в условиях априорной неопределенности и нечеткости задания параметров и целей.
' Цель диссертационной работа к поименованные выше задачи, методы исследования создали предпосылки для получения новых научных результатов в области математического моделирования адаптивных систем управления с нечеткими стратегиями, решения-задачи обеспечения верности передачи информации, моделирования и исследования функционирования систем и сетей передачи дискретной информации , ' выбора маршрутов передачи сообщений на сети.
Нзучная новизна работы заключается в обосновании, разработке,
аналитическом и экспериментальном исследсвании методов и технических
средств, ориентированных на проектирование и практическую реализацию
систем и сетей передачи дкскрэткой информации, ситуационных систем с
нечеткой логикой. В частности: ''
проведены исследования по разработке математической модели КПДИ с пр"мэнением аппарата вероятностных автоматов;
проведены исследования по математическому моделировании адаптивных систем управления с нечеткими стратегиями;
проведены исследования по разработке метода адапт. лай передачи информации в условиях отсутствия априорных сведений о моделях помех и сшибок в КПДИ;
проведена исследования по разработке метода игрового управления распределением потоков сообщений на .сети связи;
исследован к обобщен агрегативньй подход к.построению моделей слоеных систем.
Математические исследования и разрабатываемые методы соответствуют требованиям возможности технической реализации.
Практическая ценность работы. Полученные в диссертационное работе результаты позволяют научно обоснованно рэтать проблемы, связанные с применением адаптивных ыэтодов управления и математического моделирования в рамгеах поставленных вше задач, в областях вычислительной техники и скогем и сетей передачи дискретной информации, в
7 частности, при реализации устройств управления выбором корректирующего кода, устройств кодирования и декодирования, управления выбором направлений коммутации на се-'и, построения специализированных вычислительных устройств для задач моделирования. Предложенные методы математического моделирования адаптивных систем управления, рассматриваемых как ситуационные системы с нечеткой логикой, применимы для решения других инженерных задач. Результаты диссертационной работы защищены авторскими свидетельствами.
Достоверность научных положений, выводов и практических рекомендаций подтверждена анализом рассматриваемых процессов и систем, подтверждается результатами машинного и физического моделирования, наглядностью технической интерпретации математических моделей, результатами практического использования предложенных и исследованных в диссертации моделей, методов, программных и технических средств.
Реализация результатов работы. Исследования автора выполнялись в рамках плановых госбюджетных НИР Минвуза РСФСР и хоздоговорных работ, выполненных для предприятий различных министерств.
Результаты диссертационной работы внедрены на производственном объединении "Красный Котельщик", на заводе "Кремний" г.Таганрог, на государственном предприятии -Радиогеодезия'- г. Геленджик.
Научные и практические результаты, полученные в диссертации и изложенные в статьях, описаниях к изобретениям, монографии, использованы при'подготовке и чтении курсов лекций "Моделирование систем", "Подготовка и телеобработка данных", "Системы преобразования и передачи информации", постановке лабораторных работ на кафедре информатики ТРТИ.
Экономический эффект от внедрения результатов работы (полученный и ожидаемый) составляет 565 тыс. рублей в ценах до 1.01.92 г.
Основные положения, выносимые на зашиту: -- метод математического и физического моделирования канала пет. редачи дискретной информации, отличающийся от ранее известных применением математического аппарата вероятностных автоматов;
метод адаптивного управления передачей информации в услэшях отсутствия априорных сведений о моделях помех и ошибок в кзнал? передачи дискретно»; информации;
метод математического моделирования бдапгивных систем vni^i ния с нечеткими стратегиями, построения моделей сбучаемцу ел- \чч :.
условиях нечеткости;
метод игрового управления распределением потоков сообщений на сети связи, отличающийся от ранее известных тем, что задача управления решается децентрализовано на основе автоматного описания моделей узлов коммутации, доказывается сходимость алгоритмов функционирования автоматной обучаемой системы управления коммутацией;
принципы технической реализации автоматных специализированных вычислительных устройств для задач моделирования и управления;
результаты практической реализации разработанных методов и средств адаптивного управления.
г-Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на НТК "Проблемы экономии знергетических, материальных и трудовых ресурсов" (Новосибирск, 1G86 г.). Межреспубликанской НТК "Электронные средства в промышленности" СБаку, 1987 г.Э, Всесоюзной НСК "Организация и автоматизация управления предприятиями" (Ростов-на-Дону, 1988 г.), Межреспубликанской студенчезкой НТК "Актуальные проблемы фундаментальных наук" (Москва, 1989 г.). Всесоюзной НТК "Состояния и перспективы развития электротехники" (Иваново, 1989 г.},НТК, посвященной Дню радио (Ростов-на-Дону, 1990 г.і , Украинской республиканской школе-семинаре "Вероятностные модели обработки случайных сигналов и полей" (Черкассы, 1991 г.), Международной НТК "Актуальные проблемы фундаментальных наук" (Москва, 1991 г.), Международной конференции и школе-семинаре молодых ученых и специалистов "Новые информационные технологии в науке и образовании" (Ялта, 1992 г.), XLUII научной сессии, посвященной Длю радио СМосква, 1992 г.). на семинарах, проводимых Московскими, Рязанскими, Ростовскими и Таганрогскими домами научно-технической пропаганды, Ростовским облает-. кым управлением НТО радиотехники, электроники и связи имени А.С.Попова, а также на ряде других конференций и семинаров.
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в изданиях, рекомендуемых ВАК для опубликования результатов докторской диссертации. Всего по теме диссертации опубликована монография в соавторстве, 78 печатных работ, в том числе 27 авторских свидетельств.
Личный вклад автора. Бее результаты, представленные в диссертационной работе, получены аэтороы личко. В совместных публикациях имеет место неделимое соавторство.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти
разделов, заключения, списка литературы, содержащего 121 публикацию . отечественных и зарубежных авторов и приложения.
Объем диссертации: 297 стр., основного текста 268.стр., 65 рис. и 4 таблицы, список литературы на 10 стр., приложение, включающее материалы по внедрениию результатов диссертации, на 8 стр.