Раздел 3. Автоматика и телемеханика, вычислительная техника, связь, метрология

Раздел 3. Автоматика и телемеханика, вычислительная техника, связь, метрология

Подраздел 3.1. Связь

АДАПТИВНЫЕ ПРИЕМНЫЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ ВЧ ДИАПАЗОНА СО СВЕРХПРОВОДНИКОВЫМИ ПРЕСЕЛЕКТОРАМИ

Руководитель НИР:

Московский авиационный институт (технический университет)

Для использования в приемных системах декаметрового диапазона необходимы фильтры, обладающие высокой добротностью. Применение преселекторов в приемных устройствах ВЧ диапазона позволяет значительно уменьшить степень влияния на качество приема внешних непреднамеренных помех, улучшить такие характеристики как динамические диапазоны по блокированию и интермодуляции. В настоящее время одной из перспективных возможностей решения узкополосной преселекции является применение перестраиваемых фильтров на основе использования тонких пленок высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП пленок).

Разработанная в процессе исследования проблемы модель радиоприемного устройства с высокодобротным преселектором позволила по характеристикам помех, добротности преселектора и динамическому диапазону приемного устройства по интермодуляции оценить эффективность использования преселектора. Разработаны методики и программное обеспечение расчета характеристик и проведено моделирование ВТСП преселектора при включении его в радиотракт.

Разработан экспериментальный макет высокодобротного преселектора. Измерены его полоса и добротность, установлен уровень улучшения характеристик приемных систем при включении макета преселектора на вход приемника. Разработанный макет преселектора обладает недостижимой ранее сверхузкой полосой в высокочастотном диапазоне.

Исследованы возможности управления резонансной частотой, полосой пропускания высокодобротного фильтра на основе тонких ВТСП пленок.

Сравнения расчетных и экспериментальных данных свидетельствуют об адекватности принятых при расчетах математических моделей реальным физическим.

На основе анализа различных вариантов помеховой обстановки сформулированы требования к полосе пропускания свехпроводникового преселектора. Показано, что наиболее жесткие требования к полосе пропускания преселектора предъявляются в центральной части декаметрового дипазона. Достижимая величина добротности ВЧ колебательной системы на сосредоточенных ВТСП элементах открывает принципиальную возможность усовершенствования современных РПУ путем использования последней в качестве преселекторов.

Результаты работы доложены на трех научно-технических конференциях, в том числе на двух международных. Запатентована схема высокодобротного преселектора.

Шифр гранта: Т00-3.1-0118

Публикации

1. Перспективы использования высокодобротных перестраиваемых ВТСП

фильтров в радиоприемных устройствах ВЧ диапазона, ,

В., , Материалы

международной научно-технической конференции "ФИЗИКА И

ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ ВОЛНОВЫХ ПРОЦЕССОВ", Россия, Самара,

10-16 сентября 2001г.

2. Перестраиваемый высоко добротный фильтр ВЧ диапазона на основе ВТСП

структур, , В., Тезисы

докладов, Молодежная научно-техническая конференция "РАДИОЛОКАЦИЯ И

СВЯЗЬ - ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ", Москва, 14-16 ДЕКАБРЯ 2001

года.

Возможность управления нагруженной добротностью узкополосного

перестраиваемого по частоте преселектора ВЧ диапазона, ,

, , В., Тезисы докладов, Молодежная научно-техническая конференция "РАДИОЛОКАЦИЯ И СВЯЗЬ ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ", Москва, 14-16 ДЕКАБРЯ 2001 года.

Расчет резонансной частоты перестраиваемых резонансных ВТСП фильтров с сосредоточенными параметрами, , В., , Парафин Е. А., Тезисы докладов, 12-я Международная Крымская Микроволновая Конференция "СВЧ-ТЕХНИКА И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ", сентябрь 2002 года.

Подраздел 3.2. Автоматика

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ НА ОСНОВЕ КОММУТАТИВНЫХ АЛГЕБР ГИПЕРКОМПЛЕКСНЫХ ЧИСЕЛ

Руководитель НИР:

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Получен новый класс вещественных функций на основе экспоненциальных рядов в коммутативных алгебрах гиперкомплексных чисел, являющихся обобщением степенных разложений известных синусно-косинусных функций. Показано, что при использовании определённых весовых функций полученные периодические функции характеризуются своими параметрами: периодом, частотой и величиной сдвига по фазе относительно друг друга. Количество всевозможных таких функций соответствует количеству мнимых ортов гиперкомплексной алгебры, включая вещественный орт. Примечательным является поведение данных функций в области изменения знака аргумента - зоне перехода через ноль, что принципиально отличает их от синусно-косинусных функций и сближает с Вейвлет-функциями, с помощью которых осуществляется двухпараметрическое преобразование. В процессе исследования свойств гиперкомплексных экспоненциальных периодических функций была сделана попытка обобщить их с комплексными экспоненциальными функциями в части нахождения корней степени N из единицы с целью получения матриц гиперкомплексного дискретного преобразования Фурье в расширении поля вещественных чисел. Следует отметить, что исследованию подлежали периодические функции для случаев, когда порядок мультипликативной группы, которую образуют мнимые орты с учётом их знаков, представлен степенью числа два. Однако существуют алгебры, где совокупность мнимых ортов представлена циклической мультипликативной группой, порядок которой есть число либо простое, либо разложимое на взаимно простые числа. В частности, исследованию подлежали периодические функции, полученные в двухортовой алгебре (в системе изоморфной полю комплексных чисел), где орты образуют мультипликативную группу порядка три (а не четыре, как в поле комплексных чисел). Исследования показали, что параметры полученных из степенных разложений двух периодических функций значительно отличаются от синусно-косинусных функций.

Значительная часть работы была посвящена исследованию быстрых гиперкомплексных преобразований Фурье в расширениях поля рациональных чисел (ГБПФ). В частности, разработаны методы спектрального анализа на основе ГБПФ, главным преимуществом которых является возможность разделения в быстром алгоритме совокупности операций сложения от операций умножения. При этом операции умножения определяются за счёт простого перехода от коэффициентов ГБПФ к коэффициентам комплексного преобразования Фурье. Разработанные методы наиболее соответствуют конвейеризации вычислений спектральных коэффициентов, что позволяет сократить время их вычисления примерно в два раза.

На основе ГБПФ разработаны быстрые алгоритмы вычисления двумерных вещественных и комплексных свёрток и корреляций, позволяющие также сократить время примерно в два раза.

Шифр гранта: Т00-3.2-3092

Публикации

1. Представлена к опубликованию в сборнике трудов СПбГПУ, серия ВТАРЭ, 2002 статья

, , О свойствах периодических функций, полученных из экспоненциальных рядов в коммутативных алгебрах гиперкомплексных чисел (прилагается к настоящему отчету).

СОЗДАНИЕ ТЕОРИИ И МЕТОДОВ СИНТЕЗА РОБАСТНЫХ НЕЛИНЕЙНЫХ НАБЛЮДАТЕЛЕЙ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СЛОЖНЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Руководитель НИР:

Дальневосточный государственный технический университет

В ходе выполнения проекта исследованы вопросы контроля функционирования динамических систем в условиях априорной неопределенности применительно к разработке методов построения нелинейных наблюдателей и алгоритмов, обеспечивающих инвариантность к неизвестным параметрам и входным воздействиям.

В работе получены следующие научные результаты:

-  разработан подход к синтезу робастных нелинейных соотношений паритета для решения задачи обнаружения и поиска дефектов в динамических системах, описываемых нелинейными моделями с медленно меняющимися коэффициентами, обеспечивающий инвариантность к неизвестным параметрам и входным воздействиям;

-  получены условия обнаружения и различимости дефектов по выходному сигналу генератора невязки и сформулированы требования к размеру скользящего временного окна;

-  разработан метод построения адаптивных квазилинейных соотношений паритета, позволяющий снизить вычислительные затраты как на синтез генератора невязки, так и на его реализацию, а также преодолеть ограничение, связанное с требованием локальной наблюдаемости используемой модели;

-  предложен новый метод синтеза оптимально-робастных нелинейных наблюдателей для контроля функционирования динамических систем, описываемых билинейными моделями;

-  разработан подход к контролю датчиков технических систем, описываемых нелинейными динамическими моделями, на основе методов нечеткой логики для повышения достоверности результатов контроля.

-  разработан метод синтеза наблюдателей и соотношений избыточности для контроля функционирования нелинейных систем с не дифференцируемыми нелинейностями в условиях параметрической неопределенности моделей;

-  разработан подход к решению задачи обеспечения устойчивости нелинейных диагностических наблюдателей;

-  предложен подход к анализу способности заданной динамической системы к самокоррекции по отношению к дефектам типа сбоев;

-  получены условия существования и алгоритмы построения некоторых канонических форм нелинейных динамических систем.

Полученные результаты предполагается использовать для проведения совместных работ с Институтом проблем морских технологий ДВО РАН по контролю навигационно-пилотажных датчиков необитаемых подводных аппаратов. По результатам выполненной НИР опубликовано 21 научная работа.

Шифр гранта: Т00-3.2-2824

Публикации

1. Жирабок множества и их использование для принятия решений // Соросовский образовательный журнал. NС.109-115.

2. Жирабок теория функционального диагностирования нелинейных и линейных динамических систем // Известия РАН. Теория и системы управления. NС.193-202.

3. Filaretov V., Zhirabok A., Usoltsev S. Fault diagnosis for nonlinear mechanic systems // Proc. 2001 IEEE/ASME Int. Conf. on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM'01), Como, Italy, July 8-12, 2001. V.2. P..

4. Zhirabok A., Usoltsev S. Linear methods for fault diagnosis in nonlinear systems // Proc. European Control Conf. (ECC'01). Porto, Portugal, Sept. 4-7, 2001. P..

5. Shumsky A. Ye. Robust dead-beat observer for residual generation in nonlinear descrete-time systems // Proc. European Control Conf. (ECC'01). Porto, Portugal, Sept. 4-7, 2001. P.143-148.

6. , Усольцев метода соотношений паритета для диагностирования нелинейных динамических систем // Сборник трудов ДВО РИА. Вып.5. Владивосток: ДВГТУ, 2001. С.161-169.

7. , Об устойчивости нелинейных диагностических наблюдателей // Сборник трудов ДВО РИА. Вып.5. Владивосток: ДВГТУ, 2001. С.55-58.

8. Шумский процедур диагностирования нелинейных динамических систем // Сборник трудов ДВО РИА. Вып.5. Владивосток: ДВГТУ, 2001. С.66-72.

9. Zhirabok N., Michtchenko A. Application of invariance for error correction in nonlinear systems // Proc. 12th Intern. DAAAM Symposium. Jena, Germany, October, 2001. P.297-298.

10. , Шумский динамических систем: проблемы и решения // Сборник научных статей ИАПУ ДВО РАН. Владивосток, 2001. С.111-122.

11. Жирабок понятия теоpии надежности // Соросовский образовательный журнал. NС.108-114.

12. Shumsky A. Ye. Robust analitical redundancy for fault diagnosis in nonlinear systems // Asian Journal of Control. 2002. V.4. N 2. P.159-176.

13. , Шумский нелинейных динамических систем: адаптивные соотношения паритета // Автоматика и телемеханика. 2002. № 11. С.138-150.

14. Жирабок методы исследования сложных технических систем // Труды профессорского клуба. Владивосток: ДВГТУ. 2002. Вып. 7. С. 30-37.

15. , , Никифоров самонастраивающихся регуляторов для электроприводов многозвенных манипуляторов со сложной кинематической схемой // Мехатроника, автоматизация, управление. №С.2-7.

16. Filaretov V, Vukobratovic M., Zhirabok A. Parity relation approach to fault diagnosis in manipulation robots // Mechatronics. 2002 (принято к печати и планируется опубликовать в 2002 г.).

17. Шумский билинейных систем // Сборник трудов ДВО РИА. ВыпС.45-52.

18. , Писарец датчиков необитаемого подводного аппарата на основе нечеткой логики // Сборник трудов ДВО РИА. ВыпС.53-66.

19. , Мищенко формы управляемости нелинейных динамических систем // Сборник трудов ДВО РИА. ВыпС.67-71.

20. Pisarets A., Zhirabok A. Navigation-piloting sensor fault diagnosis in autonomous underwater vehicles // Proc. Int. Conf. ISOP PACOMS 2002. Korea, November 17-19, 2002. P.46-50.

21. Zhirabok A., Usoltsev S. Fault diagnosis in nonlinear dynamic systems via linear methods // CD ROM Proc. 15 IFAC World Congress. Barcelona, Spain, July 21-26, 2002.

КООРДИНИРОВАННОЕ УПРАВЛЕНИЕ В МУЛЬТИАГЕНТНЫХ СИСТЕМАХ

Руководитель НИР:

Уфимский государственный авиационный технический университет (УГАТУ)

В ходе выполнения проекта были исследованы системотехнические модели координированного управления в мультиагентных системах. Цель исследования состояла в разработке методов построения системотехнических моделей координированного управления в мультиагентных системах, в том числе моделей конкретных мультиагентных систем координированного управления. При этом были решены задачи, связанные с исследованием и разработкой методов декомпозиции линейных многосвязных систем со многими входами и выходами, описываемых дифференциальными уравнениями в форме Коши, методов синтеза (на основе декомпозированных моделей) модального управления линейными мультиагентными системами координированного управления, методов синтеза нелинейных мультиагентных систем координированного управления на основе теории координатно-параметрического управления и концепции обобщенного настраиваемого объекта, а также нейросетевых алгоритмов координированного управления в мультиагентных системах в условиях неопределенности и программных средств информационного обеспечения координированного управления в мультиагентных системах.

В результате исследований предложены системные модели мультиагентных систем, реализующих алгоритмы координированного управления. Отличительной особенностью данных моделей является возможность количественной оценки взаимного влияния агентов друг на друга и на устойчивость мультиагентной системы в целом. Помимо этого, сформулированы необходимые условия устойчивости данных систем в терминах системной формы описания их динамических характеристик; разработан метод декомпозиции линейных многосвязных систем (линейных эквивалентов) мультиагентных систем координированного управления, описываемых дифференциальными уравнениями в форме Коши, разработаны методы синтеза нелинейных мультиагентных систем координированного управления на основе теории координатно-параметрического управления и концепции обобщенного настраиваемого объекта. Важным результатом исследования явилась также разработка нейросетевых алгоритмов координированного управления в мультиагентных системах в условиях неопределенности. На основе выдвинутой парадигмы построения нейросетевых регуляторов персептронного типа, обеспечивающих компенсацию отличия динамических свойств подсистем (агентов) в системе координированного управления, предложен подход к повышению качества работы контура координации в условиях действия помех как с заданными, так и с неизвестными вероятностными характеристиками.

Полученные результаты обладают существенной научной новизной и практической ценностью, соответствуют современному уровню и направлению исследований в области управления сложными мультиагентными системами. По результатам работы защищена 1 кандидатская диссертация и еще 1 подготовлена к защите. Опубликовано 12 научных работ.

Шифр гранта : Т00-3.2-2832

Публикации

1., Кабальнов информационных моделей внешней обстановки для автономного подвижного объекта. Уфа,2001. -9с.: Деп. в ВИНИТИ 25.05.01.2001.

2., Кабальнов информационных моделей движение автономного подвижного объекта Уфа,20с.: Деп. в ВИНИТИ 25.05.01.2001.

3., Павлов и алгоритмы сжатия информации. Вестник УГАТУ, №4 , 2001г.

4., Кузнецов наблюдателя Льюинбергера для многосвязных систем управления. Изв. вузов Приборостроение. №5, 2001.с.19-

23.

5., Павлов алгоритма сжатия данных Лемпела-Зива. Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т. - Уфа, 2000. -9с. - Деп. в

ВИНИТИ 22.01.01, 2001

6., , Ямалов алгоритмы координированного управления сложными динамическими объектами в условиях нейросети. Нейрокомпьютеры, №4-5,2001. с.61-69.

7.Кабальнов координатно-параметрическое управление авиационными силовыми установками. Вестник УГАТУ №2 2002г., с.149-156.

8.Проблемы проектирования систем управления авиационными двигателями

(, , Сун Чжан-Гуо и др.) Совместная с учеными Нанкинского аэрокосмического университета монография на англ. яз., 400 с. Подготовлена к изданию в Китае (г. Пекин) в 2003 г.

9., , Жданов задачи синтеза многомерного вторичного канала связи. Третья междунаровная научно-техническая конференция "Проблемы техники и технологии телекоммуникаций". Уфа, 26-27 ноября 2002г., с.65-67. (тезисы доклада).

10., , Левков битовых логических моделей многомерных баз данных. 4-я международная конференция "Компьютерные науки и информационные технологии". 18-20 сентября 2002г. Университет Патрас, Греция, с.81-86 (доклад на английском языке).

11., Голубев движением автономных подвижных объектов в условиях неопределенности и риска.

(подготовлена к опубликованию в межвузовском сб. УГАТУ) 12 с., 2003 г.

12., Синтез дополнительных каналов передачи информации в реальном масштабе времени. Изв. ВУЗов "Приборостроение", №2,2003г. 10-17 с.

ТЕОРИЯ ГАРАНТИРОВАНИЯ ТОЧНОСТИ УПРАВЛЕНИЯ В ПРИЛОЖЕНИИ К ПЕРСПЕКТИВНЫМ СИСТЕМАМ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ

Руководитель НИР:

Санкт-Петербургский государственный университет
аэрокосмического приборостроения

В работе поставлена задача разработки теории и общей методики оценки гарантированной точности управления в системах управления движением.

Получены следующие научные результаты:

·  разработана общая методика оценки гарантированной точности управления в системах управления движением;

·  разработаны новые методы оптимизации структуры САУ по критерию наивысшей гарантированной точности;

·  разработаны методы идентификации плохо детерминированных классов возмущений;

·  разработаны алгоритмы адаптации САУ для нестационарных возмущений из плохо детерминированных классов для обеспечения наивысшей гарантированной точности.

Полученные результаты развивают оригинальный подход к решению сложной научной задачи оценки гарантированной точности управления при неполной априорной информации, базирующейся на использовании теории обобщенной проблемы моментов Чебышева-Маркова. Результаты соответствуют мировому уровню исследований проблем точности автоматического управления.

Полученные результаты будут использованы для совершенствования законов управления относительным движением в сложной задаче посадки перспективного воздушно-космического самолета на движущийся тяжелый экраноплан, позволяющий осуществлять приземление в любой точке водной поверхности земного шара и отказаться от колесного шасси. Помимо этого, результаты предполагается использовать при разработке цифровых комплексов управления движением перспективных экранопланов, при создании интегрированной цифровой системы управления перспективным автомобилем, при модернизации учебного курса “Состояние и перспективы развития аэрокосмических технологий”.

Шифр гранта: Т00-3.2-2827

Публикации

1. Nebylov A. V, Kalinichenko V. N. Guaranteeing the filtering accuracy for non-stationary processes with bounded dispersions of derivatives. The 1st IFAC International Symposium on System Structure and Control. Prague, 2001, pp.201-206.

2. Kalinichenko V. N., Nebylov A. V., Tomita N. Adaptive Controller in the Aerospace Plane to Ekranoplane Landing System. 5th IFAC Symposium "Nonlinear Control Systems NolCos01", S.-Petersburg, 2001, pp. .

3. Alexandrov Y. S., Arefiev V. P., Kucherkov S. G., Nebylov A. V., etc. Precision Gyrostabilized Platform on the Base of Gas-static Supported Gyros. 15th IFAC Symposium on Automatic Control in Aerospace. Forli, Italy, 2001, рр. 47-52.

4. Nebylov A. V. Wing-in-Ground Flight Automatic Control Principles, Systems and Application Advantages. 15th IFAC Symposium on Automatic Control in Aerospace. Forli, Italy, 2001, рр. 542-547.5.

Nebylov A. V., Kalinichenko V. N. Filtering of nonstationary stochastic processes with bounded dispersions of derivatives. Proceedings of the European Control Conference, Porto, Portugal, 2001, рр. .

6. Nebylov A. V. Ensuring accuracy of integrated navigation systems. 8th International Conf. on Integrated Navigation *****ssian Academy of Sciences, S.-Petersburg, 2001, pp.230-232.

7. Небылов точности систем управления и навигации // Информационно-управляющие системы на транспорте. Харьков, №4, 2001, с. 59-61.

8. Nebylov A. V., Wilson Ph. Ekranoplane - Controlled Flight close to Seа. WIT-Press Computational Mechanics, UK, 20p.

9. Небылов о состоявшемся XV конгрессе IFAC. Хроника // Авиакосмическое приборостроение. №3, 2002.

10. Nebylov A. V. Controlled Flight Close to Rough Sea - Strategies and Means. XV IFAC World Congress. Barcelona, 2002.

11 Nebylov A. V. Kalinichenko V. N, Tomita N. Robust Control at the Aerospace Plane to Ekranoplane Landing. XV IFAC World Congress. Barcelona, 2002.

12. Небылов максимальных ошибок в системах наведения, навигации и управления движением. IX Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. СПб, 2002.

13. , Небылов развития экранопланов и средств их автоматического управления. XXIX всероссийская конференция по управлению движением морских судов и специальных аппаратов. ИПУ РАН, Москва - Рыбинск, 2002.

14. , Небылов использования цифрового сигнального процессора в системах управления движением. XXIX всероссийская конференция по управлению движением морских судов и специальных аппаратов. ИПУ РАН, Москва - Рыбинск, 2002.

15. , Лопарев цифрового дифференцирования для систем комбинированного управления. XXIX всероссийская конференция по управлению движением морских судов и специальных аппаратов. ИПУ РАН, Москва - Рыбинск, 2002.

16. Небылов цифровое прогнозирование в задачах управления движением // Информационно-управляющие системы на транспорте. Харьков, №2, 2002, с. 38-42.

17. Небылов тестовые воздействия для систем управления движением. Материалы XXX НТК пам. . СПб, ГНЦ РФ - ЦНИИ "Электроприбор", 2002.

18. , Кулакова интегрированных измерителей параметров движения. XI международный научно-технический семинар "Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации", Алушта, 2002, с. 369-370.

19. , , Калиниченко концепции использования экраноплана при горизонтальном запуске и посадке ВКС. Отчет по программе "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники". МАИ, 2003.

КОМПЛЕКСИРОВАНИЕ РОБАСТНЫХ И АДАПТИВНЫХ АЛГОРИТМОВ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ В БАЗЕ ЗНАНИЙ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СИСТЕМ И ИХ ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ НА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ

Руководитель НИР:

Московский государственный технический университет им.

В выполненном проекте предметом исследования являются методы и средства обработки информации и управления в базе знаний интеллектуальных систем применительно к решению задач комплексирования робастных и адаптивных алгоритмов. Основная цель исследования состоит в разработке теории, методов и алгоритмов комплексирования обработки информации и управления в базе знаний интеллектуальных систем; осуществление программной реализации алгоритмов принятия решения по выбору типа управления и проведение экспериментальных исследований с отработкой комплексированных алгоритмов управления и разработкой рекомендаций по их практическому использованию.

В ходе выполнения проекта разработаны и реализованы комплексированные робастно-адаптивные алгоритмы обработки информации и управления, что является объективно необходимым концептуальным принципом организации интеллектуальных систем управления. Кроме того, разработаны алгоритмы обработки информации и управления, основанные на использовании аппарата нечеткой логики как один из важных перспективных подходов к проектированию и созданию робастно-адаптивных систем управления сложными динамическими системами и процессами. При этом выполнено обоснование реализации робастных, адаптивных и робастно-адаптивных алгоритмов обработки информации и управления с помощью параллельных вычислительных технологий на однородных и неоднородных мультипроцессорных вычислительных средах. Показано, что эффективными технологиями реализации принципов робастно-адаптивного управления являются технологии экспертного управления, нечеткого управления, управления с прогнозом динамического состояния. Разработана теория, названная авторами Hoo, для проектирования робастно-адаптивных алгоритмов управления.

Шифр гранта : Т00-3.2-306

Публикации

1. Методы робастного, нейро-нечеткого и адаптивного управления : Учебник / Под ред. ; М.: Изд-во МГТУ им. , 2002.-744с.

ТЕОРИЯ НЕЙРОСЕТЕВЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Руководитель НИР:

Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет “ЛЭТИ”

Объектом исследования служат многомерные нелинейные системы управления, в которых функцию регулятора состояния выполняют обучаемые многослойные нейронные сети прямого распространения. Из анализа литературных источников по применению нейросетей в задачах управления динамическими объектами в условиях неопределенности следует, что большинство публикуемых результатов по рассматриваемому направлению носит частный или эмпирический характер. Отсутствие регулярных методов синтеза нейросетевых систем управления обусловлено отсутствием концепции синтеза такого класса нелинейных многомерных систем управления и новизной задач анализа свойств нелинейных динамических систем с обучаемыми в реальном времени многослойными нейросетями.

Поэтому основной целью исследований была поставлена разработка основ теории синтеза - как алгоритмического, так и структурного - нейросетевых систем управления стационарными многомерными нелинейными динамическими объектами. В нейросетевых системах задача структурного синтеза может быть сведена, как это показали исследования, к обоснованному выбору содержательной информации, необходимой для обучения многослойных нейронных сетей для формирования ею оптимального закона управления и установлению условий существования решения задачи управления для класса нелинейных объектов и требуемых целей управления. Алгоритмический синтез включает в себя решение задачи выбора алгоритма обучения нейросети в реальном времени и анализа условий достижимости целей управления с их помощью, что существенно с практической точки зрения.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи.

1. Развит метод аналитического синтеза агрегированных регуляторов для класса нелинейных динамических объектов с учетом специфики нейросетевого управления, при котором синтезируемые макропеременные выполняют роль обобщенных ошибок обучения нейросетей.

2. Разработан метод адаптивного управления на многообразиях и доказаны условия его применимости в общем случае и для квадратичного сопровождающего функционала.

3. Метод адаптивного управления на многообразиях и метод синтеза агрегированных регуляторов распространены на случай нейросетевой реализации регуляторов состояния. Отдельно рассмотрены задачи, связанные с прикладной спецификой нейросетевого управления, в т. ч.: условия устойчивости (сходимости) процедур обучения сети; выбор функционала обучения сети; условия применимости алгоритмов настройки весовых коэффициентов в случае нарушений условий достижимости и выпуклости; условия возможности выработки МНС наилучшего управления в смысле выбранного критерия обучения сети..

Теоретические исследования апробированы на примерах решения прикладных задач путем компьютерного моделирования ряда нейросетевых систем управления нелинейными многосвязными объектами.

Результаты, полученные в ходе выполнения НИР, являются продолжением и развитием научно-исследовательских работ, выполненных в период г. г. на кафедре автоматики и процессов управления СПбГЭТУ “ЛЭТИ” по научному направлению "Нейросетевые системы управления" под руководством проф. .

По результатам выполненных по исследований за период г. г. опубликованы монография, доклады на международных конференциях и статьи, учебное пособие для студентов вузов, защищены кандидатская и докторская диссертации участников настоящей научно-исследовательской работы.

Шифр гранта: Т00-3.2-2828

Публикации

1. Tyukin I. Yu., Terekhov V. A., Tyukina T. A. A Modification of Back Propagation Through Time Algorithm For a Class Nonlinear Plants // Proc. 2th Int. Conf. on Neural Networks and Artificial Intelligence (ICNNAI`2001). Minsk: BSU, 2001. pp. 40-44.

2. Tyukin I. Yu., Tyukina T. A. Penalty Functions Approach to a Training of Neural Networks in Control Systems // Proc. 2th Int. Conf. on Neural Networks and Artificial Intelligence (ICNNAI`2001). Minsk: BSU, 2001. pp. 56-58.

3. , , Тюкин оптимизирующие функционалы в задачах аналитического конструирования агрегированных регуляторов // Сб. РАН - Изв. ТРТИ Синергетика и проблемы управления. Таганрог, 2001. Вып. 5(23). С. 99-116.

4. , О конструировании притягивающих многообразий в задачах синергетического управления // Сб. РАН - Изв. ТРТИ Синергетика и проблемы управления. Таганрог, 2001. Вып. 5(23). С. 116-126.

5. , , Тюкин системы управления // Сер. Нейрокомпьютеры и их применение. Кн. 8. Общ. ред. . М.: ИПРЖР, 20с.

6. , , Об условиях применимости адап-тивного управления в невыпуклых задачах // АиТ. № 2 , 2002. С. 101-118.

7. , , Тюкин системы управления: Учеб. пособие для студ. вузов. М.: Высш. школа. 20с.

8. Терехов и построение многомерных инвариантных и адаптивных систем управления динамическими объектами // Докт. диссертация. СПбГЭТУ, 20с.

Подраздел 3.3. Вычислительная техника

ТОПОЛОГИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И РАЗВИТИЕ СХЕМОТЕХНИКИ РЕЛЯТОРНЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ НА ОСНОВЕ ПРЕДИКАТНОЙ АЛГЕБРЫ ВЫБОРА И СОПУТСТВУЮЩИХ КОНТИНУАЛЬНЫХ ЛОГИКО-АЛГЕБРАИЧЕСКИХ ИСЧИСЛЕНИЙ

Руководитель НИР:

Ульяновский государственный технический университет

В выполненном проекте проведено многостороннее рассмотрение вопросов схемотехники реляторных вычислительных сетей. В качестве объекта исследования были выбраны топологические модели, синтезированные на основе предикатной алгебры выбора и логико-алгебраических исчислений. Основная цель исследования заключалась в повышении концентрации воспроизводимых реляторами операций, обеспечивающих расширение функциональных, вычислительных, алгоритмических, адаптационных и комбинаторных возможностей реляторных вычислительных сетей в континуальной области.

Полученные научные результаты, являющиеся существенным вкладом в соответствующие разделы теоретической информатики, математической кибернетики, математической логики, включают в себя разработанную метасистему взаимоотношений алгебраических логик. Последние порождаются функцией-аксиомой взвешенных степенных средних, которая содержит три ветви взаимоотношений, включающих в себя 19 алгебраических логик (континуальных, бесконечнозначных, многозначных, двузначных и сопутствующих им логико-алгебраических исчислений).

Открытие импликативной алгебры выбора (ИАВ) в континуальной области соизмеримо по значимости с открытием Дж. Булем его алгебры логики в области двузначных переменных и являющейся частным случаем ИАВ. ИАВ является подалгеброй предикатной алгебры выбора. Из всех алгебраических логик наиболее содержательной в смысле многообразия функциональных и прикладных применений является ИАВ.

К настоящему времени в России сформировались пять научных школ, использующих для решения своих задач в различных предметных областях логико-алгебраический аппарат импликативной алгебры выбора. Разработанная метасистема взаимоотношений алгебраических логик, открытие нового класса алгебраических логик, теоретические результаты его развития этого класса и, соответственно, реляторной схемотехники и ее логико-алгебраических основ является отечественным приоритетом и зарубежных аналогов не имеет. Сопутствующим результатом выполненных исследований является установление отечественного приоритета открытия в 1935 г. логико-алгебраической модели двухполюсных электрических цепей с параллельно-последовательным соединением двухполюсных схемных элементов, параметры которых принимают значения в континуальной области. В вырожденном случае эта модель на двоичном множестве представляет собой двузначную булеву алгебру, что характеризует практическую значимость полученных результатов.

Наличие разработанного логико-алгебраического аппарата и адекватного ему элементного базиса реляторов позволяет их использовать для формального синтеза широкой номенклатуры аналоговых электронных и электронно-вычислительных средств в различных предметных областях в едином элементом базисе реляторов, в информационных технологиях и в системах искусственного интеллекта. Полученные результаты также используются в учебном процессе при проведении всех видов занятий в контексте логико-алгебраических исчислений. За период 2001-02 гг. по тематике НИР опубликовано одно учебное пособие и находится в печати еще одно учебное пособие. Кроме этого, за отчетный период опубликовано 36 научных работ (статьи, доклады, патенты).

Шифр гранта : Т00-3.3-2659

Публикации

Книги:

1. Волгин метрологии, оценка погрешностей измерения, измерительные

преобразователи. - М: Изд-во Поволжского технологического института сервиса, 20с.

2. Волгин логики: Элементы теории, свойства и законы. - Тольятти:

Тольяттинский государственный институт сервиса, 2003.

Статьи:

3. Волгин коммутационный релятор // Проблемы и решения современной технологии: Сб. научи, трудов. - Тольятти: Изд-во ПТИс. 2001. Вып.8. С. 12-16.

4. , и К. Шеннон: Разные судьбы творцов одной великой идеи // Прикладная философия и социология: Труды международной конф. "Континуальные логико-алгебраические исчисления и нейроматематика в науке, технике и

экономике". - Ульяновск: УлГТУ, 2001. Том 1. С.3-7.

5. Волгин . нейронные сети и искусственный интеллект // Там же. С.8-1.1.6. Волгин классификационные признаки нейрокомпьютинга // Там же. С. 13-17.

7. Волгин признаки нейронных сетей // Там же. С. 17-22.

8. Волгин и предикатная алгебры в задачах нейрокомпьютинга // Там же. С.23-29

9. Волгин комплементарной алгебры и предикатной алгебры выбора // Там же. С.29-34.

10. Волгин алгебраические логики (предметно-ориентированные логики и

специальные алгебры) как направление развития концепции Г. Башляра // Реляторные непрерывно логические и нейронные сети и модели: Труды международной конф. "Континуальные логико-алгебраические исчисления и нейроматематика в науке, технике и экономике". - Ульяновск: УлГТУ, 2001. - Том 2. С.3-5.

11. Волгин базис комплементарной алгебры: комплементарный релятор // Проектирование и технология электронных средств. 2001. № I. С. 10-11.

12. ЛА-метасистема алгебраических логик, порождаемых функцией-аксиомой взвешенных степенных средних // Научно-технический калейдоскоп. Серия "Приборостроение, радиотехника и информационные технологии": Научно-производственный журнал, 2001, №2. С.5-14.

13. . и К. Шеннон: судьба одной замечательной идеи // Там же. С.43-48.

14. Волгин ЛИ., Климовский информационно-диагностирующих систем на основе предикатной алгебры выбора и графа Паскаля // Приборы и системы: Сб.

материалов Всероссийской НТК "Приборы и приборные системы".- Тула: ТулГУ, 2001. С.92-94.

15. Волгин иммитансов с обобщенно-мультипли-кативной инверсией // Проблемы и решения современной технологии: Сб. научи. трудов ПТИС. - Тольятти. 2001. Вып. 10. С.4-12.

16. , Зарукин элементного базиса реляторной схемотехники //

Датчики и системы, 2002, № 3. С.2-8.

17. Волгин алгебра выбора и непрерывная логика в прикладных задачах

науки и техники: Труды международной конф. "Континуальные алгебраические логики, исчисления и нейроматематика в науке, технике и экономике" (КЛИН-2002). - Ульяновск: УлГТУ, 2002, Том 2, С.3-7.

18. Волгин -множественная интерпретация бинарных операций импликативной

алгебры выбора // Там же. С.8-9.

19. Волгин алгебраических логик, порождаемых функцией взвешенных

степенных средних // Там же. С. 10-14.

20. Волгин место аналоговые реляторные процессоры занимают в классификации и

архитектуре цифровых электронно-вычислительных средств // Системы искусственного

интеллекта: Труды международной конф. "Континуальные алгебраический логики, исчисления и нейроматематика в науке, технике и экономике" (КЛИН-2002). - Ульяновск: УлГТУ, 2002. Том 4. С.102-107.

21. Волгин алгебраических логик и сопутствующих исчислений,

порождаемых функцией-аксиомой взвешенных степенных средних // Информационные

технологии, 2002, № ?, С.20-26.

22. Волгин коммутатор аналоговых сигналов для преобразования структуры

данных // Там же. С. 11-17.

23. , и К. Шеннон: различные судьбы авторов одной

красивой идеи // Современная логика: проблемы теории, истории и применения в науке:

Материалы УП Общероссийской конференции 20-22 июня 2002 г. - Санкт-Петербург: Изд-во

СПбГУ. 2002. С.267-299.

24. Волгин -множественная интерпретация бинарных операций импликативной

алгебры выбора // Там же. С.434-436.

25. Волгин реляторные сети для преобразования структуры данных // В кн.:

Релятор и реляторная схемотехника: Логико-алгебраические основы и применения.

Тематический библиографический указатель, комментарии и приложения.- Тольятти: Изд-во

ПТИС, 2002.

26. Волгин операции и взаимоотношения алгебраических логик, порождаемых

функцией взвешенных степенных средних // Нейроинформатика и ее приложения: Материалы X Всероссийского семинара, 4-6 октября 2002 г. / Под ред. , . -

Красноярск: КГТУ, 2002. С.30-33.

27. Волгин и реляторная схемотехника: Логико-алгебраические основы и

применения: Тематический библиографический указатель, комментарии и приложения. -

Тольятти: Изд-во ПТИС и УлГТУ, 20с.

28. Волгин алгебра выбора и ее модификации (основы теории и элементный

базис) // Опыт, результаты, проблемы: Повышение конкурентноспособности радиоэлектронной

аппаратуры. Сб. статей. - Таллин: Валгус, 1986. С.64-104.

Патенты Российской Федерации:

29. Патент РФ 2170456. Коммутационный релятор для воспроизведения базовых операций

комплементарной алгебры / . - Заявлено 10.11.2000. Опубл. 10.07.2001. Бюл. №19.

30. Патент РФ 2177642. Реляторный процессор для идентификации и селекции субмедианного и

супрамедианного значений информационной переменной / . - Заявлено 14.10.1999.

Опубл. 27.12.2001. Бюл. №36.

31. Патент РФ 2178914. Реляторный процессор для идентификации и селекции квартальных

значений информационного сигнала, заданного на пяти элементном множестве сигналов /

. - Заявлено 30.01.2001. Опубл. 27.01.2002. Бюл. №3.

32. Патент РФ 2181500. Реляторный аналого-ранговый преобразователь / , . - Заявлено 6.10.2000. Опубл. 20.04.2002. Бюл. №11.

МАСШТАБИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ КАК МЕТОД ОПТИМИЗАЦИИ АРХИТЕКТУРНЫХ РЕШЕНИЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

Руководитель НИР: В.

Московский энергетический институт (технический университет)

Целью исследования являлось создание единой инструментальной среды оптимизации архитектурных решений вычислительных систем на основе масштабирования процессов. Конкретной решаемой проблемой является проблема создания методов и инструментальных средств планирования процессов на основе масштабируемой модели обработки с целью эффективного использования вычислительных ресурсов программными приложениями. Масштабирование процессов как метод оптимизации архитектур вычислительных систем принципиально отличается от составления расписаний под заданную архитектуру: при составлении расписаний параметры модели обработки фиксируются, а при масштабировании – нет, поэтому при выборе архитектурных решений требуется эффективный оптимизирующий механизм.

При выполнении исследований получены следующие научные результаты:

-  исследован эффект неоднозначного выбора параметра назначения и его влияние на мощность подмножества условно оптимальных альтернатив архитектуры;

-  проанализирована асимптотическая временная и емкостная сложность одно - и многокритериальной схем совместного планирования и назначения;

-  исследованы погрешности масштабирования системы работы из-за сохранения плана операций обработки при исключении операций обмена;

-  разработаны алгоритмы разрешения коллизий процессов в условиях одинаковых или различных приоритетов операций, конкурирующих за базовые ресурсы архитектуры.

Результаты предполагается использовать в организациях, занятых проектированием встроенных, распределенных, заказных программно-аппаратных, проблемно-ориентированных вычислительных комплексов и систем, вычислительных кластеров (НИИ ВК, Институт проблем информатики РАН, Институт проблем управления РАН, НИВЦ МГУ, Межведомственный суперкомпьютерный центр, ИНЭУМ и др.). Кроме этого, планируется использование в учебном процессе МЭИ (ТУ) по направлению "Информатика и вычислительная техника".

Шифр гранта: Т00-3.3-485

Публикации

1. Топорков синтез систем. - М.: Изд-во МЭИ, 20с. (монография, гл.5 "Формализация задачи масштабирования операций для синтеза реализующей архитектуры", гл.6 "Метод критических работ для масштабирования операций").

2. Топорков планирование и назначение процессов как метод оптимизации архитектурных решений вычислительных систем // Автоматика и телемеханика, 2001, №12, с. 107-116.

3. Топорков архитектурных решений вычислительных систем на

основе масштабирования операций // Автоматика и вычислительная техника, 2001, №6, с. 42-51.

4. Топорков операций - метод разбиения на архитектурные компоненты // Автоматизация проектирования дискретных систем (CAD DD'2001). Материалы Четвертой междунар. конф. Минск: Ин-т технической кибернетики НАН Беларуси. 2001. Т.2, с. 106-115.

5. , Топорков выполнения программ на масштабируемых ресурсах // Международный форум информатизации - 2001: Доклады международной конференции "Информационные средства и технологии". 16-18 октября 2001 года. М.: Изд-во "СТАНКИН". 2001. Т.2, с. 10-13.

6. Топорков разрешимости тупиков в недетерминированной модели распределенных вычислений // Информационные технологии, 2002, № 1, с. 2-5.

7. Топорков совместного проектирования программно-

аппаратных систем: поведенческий подход // Материалы междунар. конф. и выставки CAD/CAM/PDM-2002. Т.1. М.: Ин-т проблем управления РАН, 2002, с. 26-37.

8. Топорков распределенной обработки в масштабируемых

архитектурах // Международный форум информатизации - 2002: Доклады международной конференции "Информационные средства и технологии". 15-17 октября 2002 года. Т.1. -

М.: Янус-К, с. 6-9.

9. Топорков разбиение в совместном проектировании аппаратно-программных систем на основе масштабируемых моделей. // Международная конференция AIS'2002: Доклады. Таганрог, Геленджик. 3-10 сентября 2002, с. 107-112.

10. , Топоркова характеристик вычислительных процессов в масштабируемых ресурсах // Автоматика и телемеханика, 2002, №7, с. 149-

157.

11. , , Богданов измерения времени выполнения программ на RISC-процессорах // Информационные технологии, 2002, № 10, с. 2-8.

12. Топорков коллизий параллельных процессов в

масштабируемых архитектурах // Автоматика и вычислительная техника, 2003 (принята к печати).