авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 ||

Прикладное математическое, алгоритмическое и программное обеспечение компьютерного анализа гибридных систем

-- [ Страница 4 ] --

Анализ визуальной модели происходит в 4 этапа. На первом этапе рекурсивным способом анализируются все вложенные схемы и проверяется корректность связей примитивов. На втором этапе производится анализ алгебраических петель рекурсивным поиском в глубину на ориентированном графе. На третьем этапе производится сортировка операций и генерируется орграф с правой частью ОДУ. В общем виде сконструированный программой орграф ОДУ имеет вид, как показано на рис. 6.

Узлами графа (1,2,3) являются примитивные операции, исключая операции интегрирования. Стартовые узлы графа (4,5,6) являются генераторами сигналов и операциями интегрирования.

Рис. 6. Общий вид орграфа

На четвертом этапе запускается процесс моделирования. Основную роль здесь играет численный решатель с приведенной в табл. 4 библиотекой методов, интегрированных в инструментальную среду ИСМА. Анализ орграфа дает искомое значение правой части ОДУ в заключительном узле (0).

В седьмой главе приводятся примеры, подтверждающие эффективность разработанного прикладного математического, алгоритмического и программного обеспечения.

Разработанное и реализованное в инструментальной среде ИСМА математическое и программное обеспечение позволило достаточно просто нетрадиционными методами решать задачи проектирования по синтезу и анализу импульсных систем автосопровождения (АС) инструментальными средствами. Сложная логика законов управления дискретно-непрерывных систем не ограничивает класс задач исследования в связи с новой идеологией спецификации множества непрерывных поведений гибридной системы. Представленная спецификация программной модели АС доступна предметному специалисту и резко снижает трудоемкость подготовки компьютерной модели и реализации задачи на ЭВМ по сравнению с традиционными подходами. Это позволяет при проектировании сосредоточиться на существе моделирования процессов при синтезе и анализе сложных технических систем управления.

Таблица 4

Библиотека численных методов ИСМА

Метод (p,m) Свойства метода
Явные
Эйлера(1,1) Постоянный шаг, гладкие режимы ГС
Стекс (4,5) Контроль устойчивости, нежесткие режимы
DISPF(5,6) Контроль устойчивости, режимы ГС средней и малой жесткости
RKF78STP(7,13) Контроль устойчивости, переменный порядок и шаг, режимы ГС средней жесткости и высокой точности
DP78ST(8,13) Контроль устойчивости, переменный порядок, режимы ГС средней жесткости и высокой точности
RK4 (4,4) Постоянный шаг, нежесткие режимы ГС
RK2 (2,2) Постоянный шаг, нежесткие режимы ГС
Неявные
RADAU5(3,3) Жесткие режимы ГС
MK(2,2) Аппроксимация матрицы Якоби, жесткие режимы
Адамса-Мултона (6,6) Гладкие режимы, средней жесткости


Рассмотренный пример моделирования кольцевого модулятора показывает, что универсальные современные пакеты дают сбой при решении этой задачи, поскольку она является жесткой и высокоточной. Для качественного решения этой задачи требуется вычисление матрицы Якоби. Однако вычисление матрицы Якоби на каждом шаге приводит к значительным затратам и, как оказывается, становится недоступным для традиционных неявных схем, которые используются в рассмотренных современных универсальных пакетах. Идея замораживания матрицы Якоби, реализованная в методе МК22, рассмотренного в главе 3 диссертации, приводит к значительно меньшим вычислительным затратам и получению качественного конечного результата решения. Причем за счет контроля устойчивости даже при невысоком порядке точности метода МК22 получены лучшие оценки эффективности по сравнению с передовыми мировыми аналогами такими, как метод Гира в программе DLSODE. Программная модель кольцевого модулятора на языке LISMA проста и доступна предметному специалисту, не компетентному в области программирования и не нагружает пользователя современными парадигмами объектно-ориентированного программирования. Средства реализации программной модели в ИСМА не уступают лучшим мировым аналогам и по некоторым критериям превосходят последние, как это демонстрируется в рассмотренном примере кольцевого модулятора.

Разработана гибридная модель билиарной системы (БС), реализованная средствами графического языка в ИСМА. При моделировании БС имитационные эксперименты показали достаточную адекватность разработанной модели и согласованность выбранных параметров модели с физиологическими данными. Аналитически обосновано, что поведение БС на фазовой плоскости является устойчивым фокусом с определенными координатами точки покоя. Полученные аналитические результаты полностью совпадают с результатами вычислительного эксперимента в системе ИСМА, что в очередной раз свидетельствует об эффективности разработанных программных средств компьютерного исследования сложных ГС разной природы.

В заключении главы приводятся данные, где средствами ИСМА успешно решены задачи компьютерного анализа ГС из разных областей: электромеханики, аграрной промышленности, экономики и других.

Заключение

Диссертационная работа является обобщением научных исследований в области прикладного математического и программно-алгоритмического обеспечения, связанного с решением важной научно-практической задачи компьютерного анализа ГС инструментальными средствами ИСМА. Решение сформулированных проблем обосновано на следующих основных результатах, которые имеют самостоятельное научно-практическое значение и отличают ПК ИСМА от лучших мировых аналогов.

  1. На основе явного метода переменного порядка и шага и -устойчивого метода с разработанным алгоритмом контроля жесткости впервые построен адаптивный алгоритм для анализа режимов ГС повышенной жесткости. Теоретически и конструктивно доказана эффективность интегрированного в библиотеку методов ИСМА адаптивного алгоритма, который выгодно отличает ПК ИСМА от лучших зарубежных (Simulink/Stateflow, HyVisual) и отечественных (MVS, AnyLogic) программных комплексов.
  2. Впервые разработаны многостадийные алгоритмы переменного порядка и шага с контролем устойчивости для анализа нежестких и средней жесткости режимов ГС повышенной точности. Теоретически и конструктивно доказана эффективность разработанных и встроенных в библиотеку методов ИСМА многостадийных алгоритмов, не уступающих лучшим мировым программным комплексам, например, DLSODE программной системы MAPLE.
  3. C учетом выбранной численной аппроксимации решения впервые доказана теорема и разработан алгоритм управления шагом интегрирования, обеспечивающий асимптотическое приближение к границе режима ГС. Реализованный в ПК ИСМА алгоритм обеспечивает корректное обнаружение односторонних событий с нетривиальными свойствами режимов ГС, что выгодно отличает ПК ИСМА от передовых систем HyVisual и MATLAB с современными алгоритмами корректного обнаружения событий.
  4. Разработан символьный бездекларативный язык LISMA и средства его реализации в виде многопроходного языкового процессора. Язык отличается простыми и естественными конструкциями так, что с точностью до знаков операций повторяет математическое описание, и не обременен категориями, недоступными не профессиональному в программировании пользователю. Синтаксис языка LISMA, как это видно из многочисленных приведенных примеров, с достаточной степенью точности отражает семантику режимов ГС и механизм дискретных переходов.
  5. Разработан графический язык структурных схем и средства его реализации в виде многопроходного структурного процессора. Визуальное структурирование ГС отвечает традиционным требованиям описания, принятого в инженерной практике для представления и анализа непрерывных систем, что отчасти позволяет воспользоваться богатым арсеналом методов анализа локальных поведений гибридных систем и открывает широкие возможности исследования средствами ИСМА технических систем в традиционно принятой идеологии.
    Обоснованная и разработанная в инструментальной среде ИСМА структурно-символьная спецификация дополняет известные формализмы сетей Петри в системе DYMOLA, гибридных автоматов и диаграмм Харела в системах HyVisual и MVS и имеет свои функциональные преимущества, ориентированные на предметного пользователя.
  6. Разработана новая методология описания и исследования ГС в окружении инструментально-ориентированного ПК ИСМА, которая позволяет значительно снизить трудоемкость перехода от математической к компьютерной модели. Новая методология ориентирована на предметного пользователя и включает традиционную в инженерной практике структурную композицию динамических систем с возможностью введения текстового блока для описания и анализа дискретных событий.
  7. На основе новых информационных технологий объектно-ориентированного программирования в программном комплексе ИСМА реализован оригинальный подход организации библиотек методов и примитивов, позволяющий с минимальными затратами решить важную проблему унификации и расширяемости программного обеспечения.
  8. Разработан эффективный режим активного вычислительного эксперимента с гибридными моделями, который позволяет интерактивно в реальном масштабе времени производить отладку программной модели доступной вариацией структуры и параметров.
  9. Конструктивно доказана эффективность инструментально-ориентированного подхода при исследовании средствами ИСМА сложных ГС разной природы с нетривиальными свойствами и особенностями, которые ограничивают использование современных мировых аналогов.

Основные научные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

  1. Шорников Ю.В. Методика повышения точности программных сигналов на станках с ЧПУ с использованием инструментальных средств ИСМА / Ю.В. Шорников, Ю.Б. Соколовский // Научный вестник НГТУ. – 2004. – №1(16). – С. 17-21.
  2. Шорников Ю.В. Компьютерное моделирование билиарной системы специализированными средствами / Ю.В. Шорников // Научный вестник НГТУ. – 2004. – №3(18). – С. 31-42.
  3. Аносов В.Н. Математическая модель аккумуляторной батареи как элемента САУ транспортного средства / В.Н. Аносов, Ю.В. Шорников // Научный вестник НГТУ. – 2005. – № 3(21). – С. 131-136.
  4. Аносов В.Н. Характеристики управляющих воздействий тягового электропривода автономного напольного транспортного средства / В.Н. Аносов, В.М. Кавешников, Ю.В. Шорников // Научный вестник НГТУ. – 2005. – № 3(21). – С. 37-44.
  5. Новиков Е.А. Контроль устойчивости метода Фельберга седьмого порядка точности / Е.А. Новиков, Ю.В. Шорников // Вычислительные Технологии. – 2006. – № 4. – Т.11. – С. 65-72.
  6. Шорников Ю.В. Визуально-лингвистическое моделирование гибридных систем / Ю.В. Шорников // Научный вестник НГТУ. – 2006. – № 2(23). – С. 65-72.
  7. Новиков Е.А. Алгоритм переменного порядка и шага на основе стадий метода Фельберга седьмого порядка точности / Е.А. Новиков, Ю.В. Шорников, О.В. Никонова // Научный вестник НГТУ. – 2006. – № 4(25). – С. 105-118.
  8. Шорников Ю.В. Моделирование сложных динамических и гибридных систем в ИСМА / Ю.В. Шорников // Научный вестник НГТУ. – 2007. – №1(26). – С. 79-88.
  9. Новиков Е.А. Контроль устойчивости метода Дорманда-Принса / Е.А. Новиков, Ю.В. Шорников // Сибирский журнал индустриальной математики. – 2007. – №4(32). – С. 95-103.
  10. Шорников Ю.В. Инструментально-ориентированный анализ жестких динамических и гибридных систем явными методами / Ю.В. Шорников // Системы управления и информационные технологии. – 2007. – №2(28). – С. 72-75.
  11. Горячкин В.В. Исследование системы автосопровождения методом моделирования гибридных систем в среде ИСМА / В.В. Горячкин, Ю.В. Шорников // Информационно-измерительные и управляющие системы. – 2008. – №6. – Т.6. – С. 65-69.
  12. Шорников Ю.В. Моделирование гибридных систем явными методами / Ю.В. Шорников // Системы управления и информационные технологии. – 2007. – № 4(30). – С. 307-311.
  13. Новиков Е.А. Численное моделирование гибридных систем явными методами / Е.А. Новиков, Ю.В. Шорников // Вычислительные технологии. – 2008. – №2. – Т.13. – С. 88-104.
  14. Шорников Ю.В. Визуально – лингвистическое моделирование билиарной системы / Ю.В. Шорников, И.Н. Томилов // Научный вестник НГТУ. – 2008. – №4(33). – С. 53 – 61.
  15. Шорников Ю.В. Теория и практика языковых процессоров: Учеб. пособие. – Новосибирск: Изд-во НГТУ. – 2004. – 208с.
  16. Новиков Е.А. Особенности компьютерного моделирования кинематики сыпучих сред / Е.А. Новиков, Ю.В. Шорников // Вестник КрасГАУ. – 2006. – №10. – С. 77-82
  17. Новиков А.Е. Аппроксимация матрицы Якоби в (2,2)-методе решения жестких систем / А.Е. Новиков, Е.А. Новиков, Ю.В. Шорников // Докл. АН ВШ РФ. – 2008. – №1(10). – С. 31-44.
  18. Шорников Ю.В. Автоматизация построения областей устойчивости одношаговых методов / Ю.В. Шорников, Д.Н. Достовалов // Докл. АН ВШ РФ. – 2008. – №2(12). – С. 135-144.

Зарегистрированные в Роспатент и ОФАП





  1. Шорников Ю.В. Программа исследования областей устойчивости численных методов «RStable» / Ю.В. Шорников, Е.А. Новиков, М.В. Солодовникова // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 50200700692. – М.: ВНТИЦ. – 2007.
  2. Шорников Ю.В. Адаптивный алгоритм численного анализа жестких систем / Ю.В. Шорников, Е.А. Новиков, М.С. Денисов // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2007611459. – М.: Роспатент. – 2007.
  3. Шорников Ю.В. Программа языкового процессора с языка LISMA (Language of ISMA) / Ю.В. Шорников, И.Н. Томилов // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2007611024. – М.: Роспатент. – 2007.
  4. Шорников Ю.В. Аппроксимация звена чистого запаздывания рядом Паде в программной среде ИСМА / Ю.В. Шорников, М.В. Солодовникова // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 50200700715. – М.: ВНТИЦ. – 2007.
  5. Шорников Ю.В. Импорт данных в программной среде ИСМА / Ю.В. Шорников, В.С. Дружинин // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 50200600117. – М.: ВНТИЦ. – 2006.
  6. Шорников Ю.В. Методология анализа нелинейных динамических систем методом фазовой плоскости в среде ИСМА / Ю.В. Шорников, В.С. Дружинин // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 50200600116. – М.: ВНТИЦ. – 2006.
  7. Шорников Ю.В. Инструментальные средства машинного анализа / Ю.В. Шорников, В.С. Дружинин, Н.А. Макаров, К.В. Омельченко, И.Н. Томилов // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2005610126. – М: Роспатент. – 2005.


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 ||
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.