Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Информационно-измерительные системы

Диссертационная работа:

Жуликова Наталья Александровна. Моделирование бортовых информационно-измерительных систем с использованием сетей Петри-Маркова : Дис. ... канд. техн. наук : 05.11.16 : Тула, 2003 172 c. РГБ ОД, 61:04-5/729-2

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 4

1. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ АНАЛИЗА ИНФОРМАЦИОННО- 12
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРА
ТОВ

  1. Информационно-измерительный комплекс летательного аппарата 12

  2. Функции авионики на борту летательного аппарата 20

  3. Концепции моделирования процесса взаимодействия компонен- 24 тов авионики

1.4. Задачи исследования процесса взаимодействия компонентов 33
авионики

1.5. Выводы 34

2. СЕТИ ПЕТРИ-МАРКОВА КАК ИНСТРУМЕНТ АНАЛИТИЧЕ
СКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ АВИОНИКИ 35

  1. Определение сети 3 5

  2. Характер траекторий в пространстве состояний СПМ 45

  3. Сводимость СПМ к полумарковскому процессу 51

  4. Временные характеристики полумарковского процесса 55

  5. Сведение СПМ к идеально упрощенной сети 60

  6. Двухпереходные СПМ 63 2.7.Выводы 69

3. МОДЕЛИРОВАНИЕ СОГЛАСОВАНИЙ В ИНФОРМАЦИОННО-
ИЗМЕРИТЕЛЬНОМ КОМПЛЕКСЕ АВИОНИКА 71
3.1. Система обмена данными конвейерного типа 71

  1. Системы обмена данными с предварительной обработкой информации 79

  2. Система передачи данных от внешних устройств к центральному 84 процессору

  3. Выводы 96

4. ГЕНЕРАЦИЯ СЕТЕЙ В ИНТЕРАКТИВНОМ РЕЖИМЕ 97

  1. Требования к программному обеспечению 97

  2. Структура представления данных в системе 99

  3. Алгоритм расчета состояний моделируемой системы 107

  4. Интерфейс программы 112

  5. Система самолетовождения и индикации ССИ-80 для самолета С-80ГП 115

  6. Выводы 123

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 124

Литература 127

Приложение 1 136

Приложение 2 165

Приложение 3 171

Приложение 4 172

Введение к работе:

Актуальность темы

В задачу информационно-измерительного комплекса летательного аппарата, называемого ниже авионикой, входит сбор данных с датчиков сенсорной системы о состоянии контролируемых бортовых узлов и блоков, предварительная обработка поступающей информации бортовым вычислителем и выдача информации операторам для принятия решений по управлению бортовым оборудованием [68].

Современный этап развития технических средств управления пилотируемыми летательными аппаратами характеризуется, во-первых, существенным ростом объемов данных, получаемых от объекта с помощью сенсоров, во-вторых, стремлением извлечь из полученных данных максимум информации, используемой для принятия решений, а в третьих, стремлением переложить на ЭВМ выработку рекомендаций по принятию управленческих решений.

С другой стороны, рыночные отношения предопределяют жесткую конкуренцию, как на рынке авиационной техники, так и на рынке вспомогательных средств, что приводит к необходимости существенного сокращения сроков обновления технических средств и программного обеспечения. В настоящее время это возможно только с использованием таких методологий, которые обеспечивали бы сквозной процесс проектирования от общего облика системы до отдельных конструктивов и программных продуктов [74].

Важными характеристиками функционирования систем исследуемого класса являются 1) информативность сообщений (генерируемых датчиком, поступающих на вход бортовой ЭВМ для обработки, предъявляемых оператору для принятия решения, передаваемых по каналам связи и т.п.) и 2) скорость обработки и/или передачи сообщений. Данные характеристики определяют эффективность применения технических средств в процессе

выполнения полетов, а в ряде случаев, например в форс-мажорных ситуациях, - работоспособность и даже жизнеспособность летательного аппарата.

Типичным примером влияния времени решения задачи на работоспособность комплекса является применение авионики в качестве звена, реализующего обратную связь. Специфика информационных процессов приводит к тому, что в обратную связь вводится звено с запаздыванием, равным суммарному времени генерации информации датчиками, преобразования и передачи ее на бортовую ЭВМ, расчету управляющего воздействия и передачи к исполнительному механизму. Наличие же звена с запаздыванием в контуре управления приводит к опасности потери устойчивости системы в целом, что, в свою очередь, вызывает либо потребность в усложнении законов управления объектом с неизменным увеличением времени запаздывания, либо в ускорении информационного процесса.

Известно, что в любой области техники повышение технических характеристик объектов, в том числе и производительности, может быть достигнуто, как за счет совершенствования их элементной базы (отдельных узлов и блоков), так и за счет более эффективного использования имеющихся технических средств. Общепринятым методом решения проблемы ускорения информационных процессов является применение быстродействующих каналов передачи данных и процессоров с повышенной производительностью (на текущий момент в системах авионики в качестве базовых используются процессоры с количеством 25 млн. регистровых операций в секунду [68]). Однако применение более совершенных технических средств хотя и приводит к удорожанию аппаратуры, зачастую не дает желаемого результата без организационно-технических мероприятий по их использованию.

Другим методом решения задачи являются анализ информационной стороны процесса и генерация на каждом этапе преобразования информа-

ции таких сообщений, которые способствовали бы ускорению процессов передачи и обработки. Как правило, состав аппаратных средств систем авионики определяются нормативными документами и редко подвергается изменениям. Вследствие этого параметры информационных процессов являются едва ли не единственными варьируемыми параметрами для оптимизации времени информационных процессов.

В силу сложности информационных процессов и широкой номенклатуры технических средств, решающих в авионике сходные задачи с различными ресурсными затратами, проектирование систем указанного класса с последующей постановкой экспериментов на реальном объекте -весьма длительный и дорогостоящий процесс, в результате которого не обязательно получается оптимальный результат. Поэтому сокращение сроков создания и освоения новых технических решений целесообразно проводить с предварительным моделированием и расчетом параметров систем, что в настоящее время затруднительно вследствие отсутствия методологии проектирования систем.

Все вышеперечисленное, а именно потребности в создании авионики и отсутствие общей теории ее анализа и расчета, позволяющей осуществить оптимальное распределение информационных функций между компонентами в пространстве-времени в системах с заданной структурой, объясняет необходимость и актуальность исследований, проведенных в диссертации.

Объектом исследования является бортовой информационно-измерительный комплекс, ниже называемый авионикои, который состоит из взаимодействующих систем, таких как сенсорная система, преобразователи информации, бортовой вычислитель, средства передачи и отображения данных.

При проектировании комплекса учитываются две характеристики: объем информации, передаваемой на всех этапах ее получения и преобра-

зования, и скорость обновления и обработки информации.

Взаимодействие систем авионики во времени, их влияние на потери информации и на сбои в системе, а также наличие человеческого фактора обуславливают необходимость разработки комплексного подхода к проектированию подобных систем. Это в свою очередь обусловило выбор предмета исследования - временные характеристики взаимодействия компонентов авионики между собой.

Цель диссертации - разработка методов анализа бортовых информационно-измерительных комплексов на основе моделирования временных характеристик узлов и блоков.

В соответствии с поставленной целью автором решены следующие задачи:

  1. На основании анализа особенностей функционирования информационно-измерительного комплекса авионики показана адекватность сетей Петри-Маркова информационным процессам, протекающим в компонентах авионики, в частности сенсорной системе и бортовом вычислителе.

  2. Разработана методика анализа сетей Петри-Маркова на основании табличного преобразования логических условий переходов.

  3. Построена модель согласования информационных характеристик сенсорной системы с бортовой ЭВМ и системой обмена данными.

  4. Разработано алгоритмическое и программное обеспечение для генерации сетей Петри-Маркова в интерактивном режиме.

Методы исследования

Проведенные исследования основаны на методах информатики, теории алгоритмов, теории вероятности, теории случайных процессов. Перечисленным выше аналитическим методам исследования посвящены рабо-

ты отечественных ученых: В.М. Глушкова, В.Е. Котова, А.А. Маркова, Д.С. Сильвестрова, B.C. Королюка, А.Ф. Турбина и др., а также зарубежных специалистов: Д. Кокса, Дж. Питерсона, Д. Феррари, С.А. Петри и др.

Научная новизна работы заключается в следующем:

  1. Показана возможность применения аппарата сетей Петри для анализа временных характеристик взаимодействия систем авионики между собой.

  2. Разработана методика преобразования сетей Петри с целью анализа временных характеристик взаимодействия систем авионики.

  3. Разработана методика анализа сетей Петри-Маркова на основании табличного преобразования логических условий переходов, представляющая собой математический аппарат расчета временных характеристик.

  4. Сформированы модели частных случаев взаимодействия систем авионики, в том числе системы конвейерного типа, системы обмена данными с предварительной обработкой информации, системы доступа к данным при циклической и приоритетной дисциплинах работы диспетчера.

  5. На основании сформированных моделей разработана методика расчетов потребных ресурсов бортовых ЭВМ летательных аппаратов, которая позволяет сократить сроки разработки отказоустойчивых бортовых локальных вычислительных сетей.

Пюяктліческт ценность щботы заключается в разработке алгоритмического и программного обеспечения для генерации сетей Петри-Маркова в интерактивном режиме, которое позволяет оценивать следующие свойства моделируемых систем: ограниченность, живость, достижимость какого-либо состояния, временные характеристики (время цикла (периода) работы системы, время работы и простоя элементов системы, степень влияния быстродействия отдельных элементов на быстродействие

в целом).

Реализация результатов диссертационной работы. Прикладные
результаты диссертационной работы были внедрены в производство
ФГУП "Санкт-Петербургское ОКБ "Электроавтоматика" в качестве "Ме
тодики расчетов потребных ресурсов бортовых ЭВМ летательных аппара
тов". Методика предусматривает расчет потребной производительности
бортовой ЭВМ и объемов запоминающих устройств на этапе системного
проектирования средств интегрированной модульной авионики. Внедрение
методики дает технический эффект, заключающийся в сокращении сроков

разработки отказоустойчивых бортовых локальных вычислительных сетей для интеграции перспективных навигационно-пилотажных комплексов самолетов гражданской авиации, удовлетворяющих современным и перспективным требованиям безопасности и точности полетов.

Теоретические результаты работы внедрены в учебный процесс в рамках учебных курсов "Дискретная математика" и "Системы автоматизации и управления" на кафедре "Робототехника и автоматизация производства" Тульского государственного университета.

Агщобття работы. Основные положения диссертационной работы до-кладывались на следующих конференциях и семинарах:

  1. Системы управления электротехническими объектами. Всероссийская научно-практическая конференция. (Тула, ТулГУ, 2000).

  2. XVIII научная сессия, посвященная Дню радио и 75-летию завода "Октава" (Тула, ТулГУ, 2001).

  3. Проблемы специального машиностроения. Международная научно-техническая конференция. (Тула, ТулГУ, 2001 и 2002 г.г.).

4. Проблемы управления электротехническими объектами. Научно-
^' практическая конференция (Тула, ТулГУ, 2002).

  1. Проблемы специального машиностроения. Всероссийская научно-техническая конференция. (Тула, ТулГУ, 2002).

  2. XIX научная сессия, посвященная Дню радио и 75-летию завода "Октава" (Тула, ТулГУ, 2002).

  3. Ежегодная научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава кафедры (Тула, ТулГУ, 2001, 2002, 2003 г.г.).

Полученные в ходе исследований результаты использованы при работе над грантами:

  1. Грант Губернатора Тульской области № 21-2000 "Исследование процесса разрушения информации на магнитных носителях".

  2. Грант Министерства образования Российской Федерации 2001-2002 г.г. "Математическое моделирование параллельных процессов в мехатрон-ных системах"

Публыттш. По результатам исследований опубликовано 16 работ, в том числе 6 статей, 10 тезисов докладов.

Хстактетсгжт работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов и заключения, содержит 29 рисунков, 5 таблиц, список использованной литературы из 100 наименований и 4 приложения. Объем основного текста диссертации - 135 страницы.

Во введении показана актуальность выбора темы диссертационной работы, охарактеризованы объект и предмет исследования, сформулированы цели и задачи диссертационной работы, дано краткое изложение результатов по основным разделам.

В первом разделе дано определение объекта исследования и его функций, произведен анализ существующих методов исследования параллельных процессов и произведена постановка задачи исследования.

Во втором разделе рассматривается сеть Петри-Маркова как инст-

румент аналитического моделирования взаимодействий компонентов информационно-измерительного комплекса авионики.

В третьем разделе описаны частные случаи передачи данных в информационно-измерительном комплексе.

В четвертом разделе приведено описание программы моделирования сетей Петри-Маркова в интерактивном режиме.

Заключение содержит выводы по диссертации.

Приложения содержат текст программы моделирования сетей Петри-Маркова, руководство пользователя программы моделирования сетей Петри-Маркова, акты внедрения прикладных результатов работы в производство и теоретических результатов работы в учебный процесс.

Подобные работы
Иванов Сергей Александрович
Исследование достоверности результатов метрологического анализа информационно-измерительных систем с использованием имитационного моделирования
Титов Василий Александрович
Моделирование и компьютеризированный комплекс контрольно-измерительных средств для оценки динамической точности устройств резервного копирования в сетях хранения данных
Тетерин Дмитрий Павлович
Информационно-измерительный комплекс испытания и моделирования систем управления газотурбинных двигателей
Гурьев Василий Александрович
Информационная измерительно-управляющая система весодозирования с моделированием приготовления смесей и мониторингом перемещений рабочих органов
Холостов Константин Михайлович
Методика моделирования информационно-измерительных систем мобильной радиосвязи в городской застройке
Михалицын Андрей Владимирович
Моделирование и синтез трехдвигательной системы управления панорамного аэрофотоаппарата
Пушкин Андрей Валерьевич
Физическое моделирование информационно-измерительной системы стабилизации целевого оборудования подвижных наземных объектов
Зенина Елена Геннадьевна
Моделирование преобразований сигналов в оптико-электронных измерительных сканирующих системах
Соловьёв Сергей Юрьевич
Разработка инструментальных средств отработки блоков информационно-измерительных и управляющих систем с использованием оптоэлектронных процессоров
Андреев Сергей Викторович
Исследование и разработка человеко-машинных систем управления автомобилем с использованием аппарата нечеткой логики

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net