Диссертация (1143270)
Текст из файла
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшегообразования «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»На правах рукописиВасильев Алексей ЕвгеньевичСПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ МИКРОПРОЦЕССОРЫСО ВСТРОЕННЫМИ УСТРОЙСТВАМИ АППАРАТНОЙ РЕАЛИЗАЦИИИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯНА ОСНОВЕ СЕТЕЙ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ НЕЧЕТКИХ ВЫЧИСЛИТЕЛЕЙСпециальность 05.13.05 – элементы и устройствавычислительной техники и систем управленияДиссертацияна соискание ученой степени доктора технических наукНаучный консультантд.т.н., профессор Мелехин Виктор ФедоровичСанкт-Петербург – 2018СОДЕРЖАНИЕВведение…………………………………………………………………………… 51. Микропроцессорные системы управления с нечеткой обработкой………информации.
Задача совершенствования элементной базы…………… 171.1. Общие сведения о нечетких системах управления……………………….. 171.2. Базовые модели нечетких вычислений .…….....................……................... 221.3. Основные методы и средства проектирования и отладки.……........................нечетких систем…………………………………………………………….. 361.4. Средства аппаратной поддержки нечетких вычислений……………………...Принципы построения и классификация.
……………………..………….. 471.5. Задача совершенствования элементной базы систем управления…………...с нечеткой обработкой информации. ……………………………………... 622. Элементарные нечеткие вычислители и сетевые структуры……………..на их основе…………………………………………………………………… 642.1. Концепция элементарного нечеткого вычислителя……………………….. …и сети элементарных нечетких вычислителей……………………………..642.2. Повышение точности нечетких вычислений……………………………….....Модель и реализация операции дефаззификации………………………… 672.3.
Снижение сложности нечеткого описания…………………………………….Применение нелинейных функций принадлежности…………………….. 742.4. Повышение производительности нечетких вычислений……………………..Алгоритмические подходы………………………………………………… 852.5. Примеры элементарных нечетких вычислителей……………….…………….и сетей на их основе………………………………………………………… 8923. Техническая реализация микропроцессорных устройств с аппаратной….поддержкой сетей элементарных нечетких вычислителей…………….. 1113.1.
Аппаратный сопроцессор нечетких вычислений………………………….. 1113.2. Микропроцессор со встроенным нечетким вычислителем……………….. 1193.3. Микропроцессор со встроенным контроллером сети элементарных………...нечетких вычислителей…………………………………………………….. 1233.4. Элементы встраиваемого алгоритмического и программного обеспечения....нечетких вычислителей…………………………………………………….. 1294.
Автоматизация задач анализа и синтеза микропроцессорных……………..систем управления на основе аппарата сетей ЭНВ………………………… 1374.1. Инструментальные средства поддержки разработки…………………………..нечетких вычислителей…………………………………………………….. 1374.2. Средства анализа систем управления с применением аппарата……………...сетей элементарных нечетких вычислителей……………………………... 1434.3. Средства синтеза систем управления с применением аппарата……………...сетей элементарных нечетких вычислителей……………………………... 1465. Экспериментальные исследования…………………………………………1495.1. Оценка точностных характеристик нечетких вычислителей……………..
1495.2. Оценка производительности нечетких вычислителей…………………….. 1565.3. Исследование микропроцессорных систем нечеткого управления…………...объектами автоматики и робототехники……………………………………….. 159Заключение………………………………………………………………………. 174Список литературы…………………………………………………………….. 1803ПриложенияПриложение 1. Программная модель алгоритма нечетких вычислений……...
205Приложение 2. Основные структурные схемы микропроцессоров………………..со встроенными нечеткими вычислителями…………………………………….211Приложение 3. Описание системы Fuzzy51……………………………………. 216Приложение 4. Оттиски наград конкурсных мероприятий ………………………..и актов о внедрениях …………………………………………………………….. 2214ВВЕДЕНИЕРазвитие критически важных областей человеческой деятельности –робототехники,медицины,биоинженерии,энергетики,промышленногопроизводства – требует совершенствования методов и средств управлениятехническимиобъектамиулучшения[1-8],показателейкачествафункционирования устройств управления, снижения сроков, трудоемкости истоимости их разработки. Эти особенности определяются усилением степенивлияния двух групп основных тенденций [9].Первая группа включает тенденции расширения практики использованиятак называемых «сложных» объектов, тенденции ужесточения существующих иобеспечения новых требований к режимам эксплуатации систем управления[10].Вторая группа связана с интеграцией элементов систем управления, чтопозволяет говорить о развитии встраиваемых систем.
К фундаментальнозначимымсвойствамтакихсистемотносятся:интеграцияустройствауправления и объекта управления (в конструкторском, схемотехническом иалгоритмическом аспектах), ориентированность на массовый промышленныйвыпуск, ориентированность на автономность исполнения целевых функций. Посовокупности характерных свойств к системам такого рода предъявляютсяужесточенные надежностные, стоимостные и энергетические требования.Следствиемнеобходимостиихудовлетворенияявляютсяресурсныеограничения (прежде всего по вычислительной производительности) всравнении с вычислительными средствами общего назначения [11].Разработка встраиваемых систем управления с указанными ограничениямиметодами классической теории управления существенно затруднена, а порой ипрактически невозможна – в связи с предъявляемыми ограничениями ккомпонентнойодновременномбазе(следующиминаличииизпотребностейсвойствавстраиваемости)существенногоприувеличения5функциональных возможностей системы управления.
При решении подобныхзадач все возрастающую значимость обретает теория интеллектуальных системуправления, ее методы и приложения [12, 13].Применительно к области технического управления целесообразноиспользовать понятие “встраиваемые интеллектуальные системы управления”(ВИСУ), отражающее сочетание признаков встраиваемых систем управления(характеризующихся высокой надежностью, низкой стоимостью, простотойэксплуатации) и интеллектуальных систем управления (характеризующихсявозможностьюреализацииалгоритмовуправлениявысокойстепенисложности) [14-16].Анализ научных публикаций позволяет сделать вывод, что, несмотря наширокую популярность разнообразных методов интеллектуальной обработкиданных и их комбинаций, наиболее применяемыми в системах управленияметодами интеллектуальной обработки данных являются методы теориинечетких множеств – по причине своей эффективности в смысле сокращениявычислительных затрат, повышения быстродействия вычислений, повышенияпроизводительности труда при разработке, удешевления разработки и др.
[1734]. Основой аппаратного обеспечения встраиваемых интеллектуальных системуправлениякакориентированныеправиловыступаютконтроллеры(ФОК),бортовыевтомфункционально-численаосновемикропроцессоров и микроконтроллеров [35-42]. Такая аппаратура содержитархитектурные, схемотехнические и программные средства, обеспечивающиеэффективную реализацию алгоритмов адаптивного и интеллектуальногоуправления в указанном выше смысле за счет многоуровневой организации(рис.
В-1) [43, 44].ВИСУ широко применяются в практике реализации задач управленияобъектами и процессами различной степени сложности (начиная от объектовспециального назначения и заканчивая бытовыми устройствами) [45-52].6Рис. В-1. Обобщенная структура ВИСУ [44].С точки зрения разработки систем нечеткой обработки информации,наиболее значимым этапом, от которого в существенной степени зависитрезультативность применения аппарата нечетких вычислений и удовлетворениетребований к значениям показателей качества управления, является созданиебазы нечетких знаний (БНЗ) [53].
Следует отметить, что эвристический синтезбаз нечетких знаний может привести к их неполноте или противоречивости[54]; к негативным особенностям автоматизированного синтеза относятся [5557]: чувствительность к вариациям в начальных условиях: в зависимости отнезначительных вариаций в исходных данных и параметрах, возможна7генерация систем нечеткой обработки данных, сопоставимых по критериюблизости результатов нечетких вычислений, но существенно различающихся поструктуре; повышенная трудоемкость анализа, в том числе определения степенисложности и степени подобия нечетких систем; принципиальная итерационность процесса синтеза: существующие методыпредполагают неоднократный переход к начальным этапам синтеза и участиеразработчика в нем.С точки зрения реализации нечетких вычислений на встраиваемыхмикропроцессорных платформах, критическим аспектом является принцип ихреализации, основанный либо на использовании программных подходов, либона использовании аппаратных средств [58].Применение в микропроцессорных системах управления эмуляторовнечетких вычислений зачастую ограничивает темп принятия решений иформированияуправляющихвоздействий;дляспециализированныхпроцессоров и бортовых систем управления дополнительным ограничениемвыступает недопустимость увеличения тактовой частоты процессора поусловиям требований обеспечения повышенной надежности и пониженногоэнергопотребления [59, 60].
В связи с этим актуальными являются разработка иприменение микропроцессоров, снабженных узлами аппаратной нечеткойобработкиинформации–т.н.нечеткимивычислителями(НВ).НВпредназначаются для повышения вычислительной производительности такихсистем управления благодаря поддержке операций нечеткой обработкиинформации на уровне аппаратных схем [61].В соответствии с общепринятой классификацией, множество аппаратныхнечеткихвычислителейвключаетсопроцессоры,интеллектуальныеконтроллеры и комбинированные решения на их основе.
Применение всехсуществующихклассовнечеткихвычислителейсопряженосрядомособенностей [62]:8 при использовании внешних нечетких сопроцессоров ограничивающимфактором является пропускная способность межпроцессорного интерфейсаобмена; при использовании нечеткого сопроцессора, встроенного в кристаллосновногомикропроцессора,ограничивающимфакторомявляетсязависимость вычислительного процесса нечеткой обработки данных отресурсов основного микропроцессора, что ограничивает или исключаетпараллельность нечетких и алгоритмических вычислений.Кроме того, существующие аппаратные реализации микропроцессоров снечеткой обработкой данных не предоставляют механизм описания функцийпринадлежности произвольного вида, что неблагоприятно отражается наточности нечеткой аппроксимации.Сказанное выше позволяет сделать вывод об актуальности научнойпроблемы удовлетворения системы требований: совершенствования аппаратаописанияобработкимикропроцессорныхданных;устройств,разработкисодержащихотечественнойузлынечеткойэлементнойбазымикропроцессорных средств, эффективно выполняющих нечеткую обработкуинформации в аспекте повышения ее вычислительной производительности;снижения трудоемкости разработки прикладных встраиваемых систем на базепредложенных методов и средств [63].Проблема реализации методов нечетких вычислений рассматривается вработах K.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
