Исследование путей и возможностей создания автоматизированной системы идентификации объектов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.12, кандидат технических наук Кальянова, Арина Игоревна

• Кальянова, Арина Игоревна
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Кальянова, Арина Игоревна

Оглавление

Введение

Глава 1. Идентификация технических объектов.

1.1. Обзор существующих методов идентификации технических объектов. |

1.2. Схема идентификации.

1.3. Объекты.

1.4. Настраиваемая модель

1.5. Критерий качества идентификации и оптимальное решение.

1.6. Минимаксный подход к идентификации. 38 Выводы по главе 1.

Глава 2. Построение математической модели сложной технической системы.

2.1. Сущность методологии моделирования.

2.2. Основные понятия системотехники.

2.3. Структурная схема технической системы.

2.4. Системотехнический уровень проектирования технических систем

2.5. Математические модели функционирования технических систем.

2.6. Оценка достоверности результатов моделирования. 75 Выводы по главе 2.

Глава 3. Многоагентный подход в системах идентификации.

3.1. Принцип идентификации на основе модели устройства.

3.2. Архитектура многоагентной системы идентификации.

3.3. Вероятностный подход к выбору места снятия показаний с объекта.

3.4. Модуль идентификации.

3.5. Распределение модели объекта.

Выводы по главе 3.

Глава 4. Анализ эффективности применения многоагентного подхода

4.1. Пространственное распределение модели устройства.

4.2. Семантическое распределение модели устройства. 93 4.3 Экспериментальное исследование.

4.4. Структура многоагентного комплекса идентификации.

Выводы по главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование путей и возможностей создания автоматизированной системы идентификации объектов»

Актуальность темы

При проектировании современных технически сложных систем широко применяются системы автоматизированного проектирования (САПР). Основной функцией этих систем является автоматизация выполнения различных процедур с целью нахождения оптимальных вариантов. САПР, ориентированные на конкретную предметную область, требуют разработки специальных методов, алгоритмов и программ, математических моделей, учитывающих специфические качества объекта проектирования. Важным является выбор способа математического моделирования объектов в САПР. Эффективность САПР во многом зависит от универсальности и - возможностей, которыми располагает применяемый математический аппарат.

В качестве предметной области диссертационного исследования была выбрана область исследований САПР систем идентификации технических объектов. Это обусловлено, в первую очередь, тем, что на сегодняшний день развитие технических объектов, таких как распределенные вычислительные системы, системы связи, военная техника, специальная техника и т.п., происходит в направлении функционального и структурного усложнения, а также интеграции различных по типу устройств (механических, электрических, электронных и пр.), связанных друг с другом и оказывающих большое влияние на свое окружение, в один технический объект. В связи с этим возникает задача создания эффективной системы идентификации технических объектов на соответствие требуемым функциональным и параметрическим показателям.

В соответствии с этим исследованы пути и возможности создания автоматизированной системы идентификации объектов и предложен метод идентификации технических объектов на соответствие требуемым функциональным и параметрическим показателям на основе математических моделей их функционирования, что позволяет идентифицировать множественные неисправности и состояние объекта, под которым подразумевается работоспособность частей технического объекта, обеспечивающих выполнение основных функций, работать с новыми объектами, по которым нет экспертных знаний о возможных причинах неисправностей, многократно использовать модели функционирования компонентов объекта и получать объяснения о причинах неисправностей.

Учитывая то, что любой технический объект состоит из большого количества разнообразных элементов, связанных друг с другом и оказывающих большое влияние на свое окружение, предложено разработать математическую модель объекта, рассматривающую объект как сложную систему, состоящую из элементов и связей между ними.

Рассмотрено применение многоагентного подхода к идентификации технических объектов на основе математических моделей устройств, для которого выделены пространственный и семантический способы распределения модели функционирования объекта между агентами. Разработана архитектура многоагентной системы идентификации и проведены исследования применения многоагентного подхода для семантического и пространственного распределения моделей поведения устройства.

Целью работы является исследование методов и алгоритмов для решения задач идентификации технических объектов на соответствие требуемым функциональным и параметрическим показателям на основе математической модели объекта с использованием многоагентного подхода.

В соответствии с поставленной целью работы основными задачами исследований являются:

• Анализ существующих методов и средств идентификации технических объектов.

• Исследование принципов идентификации на основе математических моделей технических объектов.

• Исследование методов и средств математического моделирования, методологии математического моделирования.

• Разработка математической модели функционирования технического объекта, учитывающая то, что любой объект состоит из большого количества разнообразных элементов.

• Разработка метода идентификации технического объекта на основе математической модели его функционирования с использованием многоагентного подхода.

• Сравнение пространственного и семантического способов распределения модели функционирования объекта между агентами.

• Разработка архитектуры многоагентной системы идентификации.

• Разработка структуры многоагентного комплекса идентификации для практического внедрения.

Предметом исследования является комплекс вопросов, связанных с исследованием методов и алгоритмов идентификации технических объектов на соответствие требуемым функциональным и параметрическим показателям на основе модели объекта с использованием многоагентного подхода.

Методы исследования.

В работе использованы методы общей теории динамических систем, системного анализа, теории идентификации моделей, моделирования, теории и методов диагностики систем, теории оптимального управления.

Научная новизна работы определяется тем, что в ней впервые: Исследована возможность создания системы идентификации технических объектов на соответствие требуемым функциональным и параметрическим показателям на основе математических моделей их функционирования. Рассмотрены методы, которые позволяют идентифицировать множественные несоответствия и состояние объекта, под которым подразумевается работоспособность его компонент, обеспечивающих выполнение основных функций.

Предложен метод идентификации технического объекта на основе модели его функционирования с использованием многоагентного подхода, выделены пространственный и семантический способы распределения модели функционирования объекта между агентами.

Разработана архитектура многоагентной системы идентификации и проведены исследования применения многоагентного подхода для семантического и пространственного распределения моделей поведения устройства.

Предложена структура многоагентного комплекса идентификации технических объектов для практического применения при решении разнообразных прикладных задач теории управления.

Основные результаты, выносимые на защиту:

• Метод идентификации технического объекта на основе математической модели его функционирования с использованием многоагентного подхода.

• Математическая модель функционирования технического объекта, учитывающая, что любой объект состоит из большого количества разнообразных элементов, связанных друг с другом и оказывающих большое влияние на свое окружение.

• Архитектура многоагентной системы идентификации.

• Пространственный способ распределения модели функционирования объекта между агентами.

• Семантический способ распределения модели функционирования объекта между агентами.

• Структура многоагентного комплекса идентификации.

Практическая ценность работы.

Предложен метод идентификации технического объекта на основе математической модели его функционирования с использованием многоагентного подхода для практического применения при решении разнообразных прикладных задач теории управления.

Разработана архитектура многоагентной системы идентификации и проведены исследования применения многоагентного подхода для семантического и пространственного распределения моделей поведения устройства. Разработана структура многоагентного комплекса идентификации для практического внедрения.

Представленные в настоящей работе методы идентификации технических объектов могут служить инструментом для решения разнообразных прикладных задач теории управления. Вместе с тем, полученные результаты могут быть использованы для разработки новых методов и алгоритмов идентификации технических объектов. Результаты исследований могут служить обоснованием для проведения идентифицирующих экспериментов и являются научной основой для практического использования.

Достоверность.

Полученные результаты являются достоверными в силу того, что основные теоретические выводы и положения диссертации научно обоснованы и подтверждены результатами экспериментальных исследований автора, актами внедрения и применения результатов диссертационных исследований.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях:

• III (апрель 2006) конференция молодых ученых СПб ГУИТМО.

• IV (апрель 2007) конференция молодых ученых СПб ГУИТМО. • V (апрель 2008) конференция молодых ученых СПб ГУИТМО.

• Международная научно-техническая конференция «Интеллектуальные системы» (AIS'05) и «Интеллектуальные САПР» (CAD-2005).

• Международная научно-техническая конференция «Интеллектуальные системы» (AIS'06) и «Интеллектуальные САПР» (CAD-2006).

• Международная научно-техническая конференция «Интеллектуальные системы» (AIS'07) и «Интеллектуальные САПР» (CAD-2007).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 92 наименований, содержит 114 страниц основного текста, 19 рисунков и 2 таблицы.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, её научная новизна и практическая значимость, сформулирована цель работы и приведено краткое содержание диссертации по главам.

В первой главе сделан обзор существующих методов идентификации, представлен алгоритм и пример использования методов идентификации технического объекта на основе модели устройства.

Во второй главе рассмотрены методы и средства математического моделирования, сущность методологии математического моделирования, которая состоит в замене исходного объекта его «образом» - математической моделью и дальнейшем изучении этой модели. 9

В третьей главе рассмотрено применение многоагентного подхода к идентификации технических объектов на основе математических моделей устройств, для которого выделены пространственный и семантический способы распределения модели функционирования объекта между агентами. Разработана архитектура многоагентной системы идентификации и проведены исследования применения многоагентного подхода для семантического и пространственного распределения моделей функционирования объекта.

В четвертой главе дан анализ эффективности применения многоагентного подхода. Приведена структура многоагентной системы идентификации, используемая для решения задач идентификации технических объектов на соответствие требуемым функциональным и параметрическим показателям на основе математических моделей устройств, для практического внедрения предложенного метода.

В заключении представлены основные результаты проведенных диссертационных исследований.

Заключение диссертации по теме «Системы автоматизации проектирования (по отраслям)», Кальянова, Арина Игоревна

Выводы по главе 4.

1. Проведены исследования применения многоагентного подхода для семантического и пространственного распределения моделей функционирования технического объекта, показывающие, что применение данного подхода позволяет повысить эффективность идентификационного комплекса благодаря снижению затрат ресурсов за счет распараллеливания работы агентов и нахождения локальных функциональных и параметрических несоответствий использованием лишь части агентов.

2. Было проведено практическое исследование, показывающее что представленный алгоритм идентификации случайных процессов на основе формирования их адаптивных моделей демонстрирует хорошую работоспособность.

3. Для практического внедрения предложена структура многоагентного комплекса системы идентификации технических объектов на соответствие требуемым функциональным и параметрическим показателям на основе модели функционирования.

Заключение

В результате проведенных исследований получены следующие результаты.

1. Проведен анализ существующих методов идентификации технических объектов.

2. Сформулированы задачи идентификации.

3. Исследованы принципы идентификации на основе математических моделей функционирования технических объектов.

4. Рассмотрены методы и средства математического моделирования, сущность методологии математического моделирования.

5. Предложен алгоритм создания математической модели технического объекта, состоящего из большого количества разнообразных элементов, связанных друг с другом и оказывающих влияние на свое окружение.

6. Представлена блок-схема процесса отображения функционирования компонентов объекта в математическую модель.

7. Предложен метод идентификации технического объекта на основе математической модели его функционирования с использованием многоагентного подхода.

8. Представлена архитектура многоагентной системы идентификации технических объектов.

9. Предложен вероятностный подход к выбору места снятия показаний с идентифицируемого объекта.

10.Выделено два способа распределения модели объекта между агентами: • Семантическое распределение, в котором модель функционирования технического объекта распределяется между агентами согласно типу составляющих его частей.

• Пространственное распределение, в котором распределение модели функционирования технического объекта между агентами происходит в соответствии с пространственным распределением частей объекта.

1 ¡.Проведены исследования применения многоагентного подхода, показывающие, что применение данного подхода позволяет повысить эффективность идентификационного комплекса благодаря снижению затрат ресурсов за счет распараллеливания работы агентов и нахождения локальных функциональных и параметрических несоответствий использованием лишь части агентов.

12.Для практического внедрения предложена структура многоагентного комплекса системы идентификации технических объектов на соответствие требуемым функциональным и параметрическим показателям на основе модели функционирования.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Кальянова, Арина Игоревна, 2009 год

1. Автоматизация проектирования вычислительных систем. Языки, моделирование и базы данных / Под ред. М.Брейера; Пер. с англ. Е.Е.Маховой, В.Г.Меркулова, О.Ф.Мясина; Под ред. Л.Д.Райкова. М.: Мир, 1979.-463с.

2. Алексаков Г.Н., Гаврилин В.В., Федоров В.А. Структурные модели динамических процессов.- М.:МИФИ.- 1989. 62 с.

3. Анисимов A.C. Идентификация объектов управления: Учебное пособие. Новосибирск: Издательство НЭТИ, 1985, - 80 с.

4. Анисимов A.C., Кононов В.Т., Чикильдин Г.П. Исследование алгоритмов преобразования математических моделей: Учебное пособие. Новосибирск: Издательство НГТУ, 1998. - 46 с.

5. Анисимов A.C., Симонов М.М., Чикильдин Г.П. Исследование алгоритмов идентификации импульсной и частотных характеристик: Учебное пособие. Новосибирск: Издательство НГТУ, 1996 . - 50 с.

6. Анисимов С. А., Райбман Н.С. О минимаксной идентификации. — Автоматика и телемеханика, 1977, № 1.

7. Анисимов A.C., Чикильдин Г.П. Алгоритмы идентификации импульсной характеристики: Учебное пособие. Новосибирск: Издательство НГТУ, 1996. - 94 с.

8. Арбачаускене Н., Балтрунас И., Немура А., Непорта А., Рубикене Г. Идентификация динамических систем. Вильнюс: Минитис, 1974 г.

9. Батанов JI.A. Автоматизация проектирования цифровых вычислительных систем. М.: Энергия, 1978. - 80с.

10. Белова Д.А., Кузин P.E. Применение ЭВМ для анализа и синтеза автоматических систем управления. М.: Энергия, 1979.

11. Бодунов H.A. Введение в теорию локальной параметрической идентифицируемости. СПб.: Изд-во Санкт-Петербургского университетата, 2006. 144 с.

12. Брикман М.С., Кристников Д.С. Аналитическая идентификация управляемых систем. Рига: Зинатне, 1974 .

13. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. М.: Наука, 1978. -400с.

14. Бусленко Н.П., Калашников В.Р., Коваленко И.П. Лекции по теории сложных систем. М.: Сов.Радио, 1973. - 439с

15. Васин В.В. Некорректные задачи с априорной информацией / В.В. Васин, А.Л., Агеев. Екатеринбург: Наука, 1993 г. - 264 с.

16. Вентцель Е.С. Исследование операций: задачи, операции, методология. М.: Высшая школа, 2001 . - 552с.

17. Вермишев Ю.Х. Основы автоматизации проектирования. М.: Радио и связь, 1998.

18. Воскобойников Ю.Е. Методы решения некорректных задач параметрической идентификации. Учебное пособие. Новосибирск: Издательство НГТУ, 1996. - 86 с.

19. Воскобойников Ю. Е. Регуляризирующий алгоритм непараметрической идентификации при неточных исходных данных / Ю. Е. Воскобойников, В. А. Литасов // Научный вестник НГТУ. -2005. № 2 (20).-С. 33-45.

20. Гайкович А.И. Основы теории проектирования сложных технических систем / А.И. Гайкович. СПб. : Моринтех, 2001. - 429 с.

21. Гридин В.Н. Теоретические основы построения базовых адаптируемых компонент САПР МЭА. М.: Наука, 1989.

22. Гроп Д. Методы идентификации систем. Пер. с англ. М.: Мир, 1979. -302с.2425,2629