Диссертация (1143270), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Asai, T. Terano, M. Sugeno, B. Kosko, A. Pegat, H. Saito, A. Hedi, B.Othman Slim, T. Morishita, M. Patyra, J. Grantner, K. Koster, C. Yang, S. Gao, M.Oussalah, H. Wang, M. Klug, E. Castelan, H. Zhang, L. Silva, S. Feng, M.Akbarzadeh, A. Boulkroune, B. Mashoufi, A. Dexter, V.

Callaghan, H. Hagras, В.И.Варшавского, В.Б. Мараховского, А.С. Ющенко, А.В. Затонского, Д.В. Титова,А.С. Шведова, Н.Б. Филимонова, В.В. Кобзева, О.В. Толстеля, М.В. Бобыря,Д.В. Чернышева, А.С. Сизова, А.Г. Булгакова, В.Н. Карандина, М.И.Труфанова, О.С. Амосова, А.А.

Шестакова и др. Схемотехническая поддержка9аппарата нечетких вычислений в массовых продуктах микроэлектроннойпромышленности предлагается в разработках мировых лидеров производстваизделий микропроцессорной техники NXP/Freescale и STMicroelectronics.Существующие цифровые вычислители с поддержкой нечеткой обработкиинформации имеют значительные ограничения по целевой производительностив связи с отмеченными выше особенностями архитектурной организации [64,65]. Известны экспериментальные проекты нечетких вычислителей в видеаналогового решающего устройства, выполняющего арифметические операциинад сигналами, определенный параметр которых (например, амплитуда)является носителем нечеткой информации [66-72].

Подобные системыобладают значительным быстродействием, но их применение в составеуправляющей микропроцессорной вычислительной системы затрудняетсянеобходимостью использования интерфейсных средств, согласующих еецифровую и аналоговую части. Кроме того, в нечетких вычислителях такогорода затруднено задание нечетких функций принадлежности произвольноговида, что усложняет описание сложных функциональных зависимостей [70-72].Следует отметить, что, как правило, в работах по данной тематике глубокорассматривается либо математический, либо физический аспект проблемы, чтосущественно ограничивает достижимость основного результата – построенияэффективных (с точки зрения простоты реализации, распространенностикомпонентной базы, качества и быстродействия обработки информации)встраиваемых микропроцессорных и микроконтроллерных систем с аппаратнойподдержкой нечетких вычислений. Приведенные в проанализированныхработах эффективные с точки зрения быстродействия системы как правило,либо не позволяют описывать сложные функциональные зависимости спрактическипригоднойдляреализациинавстраиваемыхплатформахсложностью, либо предназначены для реализации устройств нечеткогоуправления уникальными объектами, в связи с чем достигнутые результаты неприменимы для решения задач автоматизации широкого класса.10Цель исследования – комплексное улучшение показателей качествафункционирования устройств вычислительной техники и систем управленияпутем создания новых методов и средств анализа и синтеза встраиваемыхмикропроцессорных систем с нечеткой обработкой информации, а такжесоответствующихархитектурных,алгоритмическихисхемотехническихрешений.Для достижения указанной цели были решены следующие задачи:• предложены понятия элементарного нечеткого вычислителя (ЭНВ), сетиэлементарных нечетких вычислителей (СЭНВ) и их схемотехническиемодели;• предложены способ представления базы нечетких знаний и алгоритм ееобработки,обеспечивающиевысокоекачествонечеткойобработкиинформации ЭНВ при одновременном обеспечении высокой скорости этойобработки;• выполнена микросхемотехническая реализация ЭНВ и сопроцессора СЭНВ;• созданы микропроцессорные решения, содержащие интегрированные накристалл сопроцессоры СЭНВ, обеспечивающие эффективное в смыслеминимизации затрат времени и памяти вычисление нечетких зависимостей ипригодные для применения в качестве элементов вычислительных систем исистем управления.Содержание диссертации соответствует положениям п.п.

1, 2, 3 областейисследования паспорта специальности 05.13.05. Объектом исследованияявляются элементы и устройства вычислительной техники, обеспечивающиеаппаратнуюподдержкуалгоритмовнечеткихуправления.Предметомисследованиявычисленийявляютсяпринципывсистемахпостроенияаппаратных вычислителей нечетких логических функций, а также методы исредства анализа и синтеза таких вычислителей.К положениям, составляющим научную и теоретическую новизну работы,относятся следующие:111. Предложенновыйподходкорганизацииаппаратныхвычисленийфункционально-сложных нечетких зависимостей, основанный на концепциисетей элементарных нечетких вычислителей, что позволяет повысить степеньавтоматизации и снизить трудоемкость анализа и синтеза ВИСУ с нечеткойобработкой информации.2.

Предложена модель элементарного нечеткого вычислителя, позволяющаявыполнять анализ и синтез систем нечеткой обработки информации,представляющихвычислительныхсобойструктурированныеэлементов,чторасширяетсовокупностиидентичныхноменклатуруэлектроннойкомпонентной базы аппаратной поддержки нечетких вычислений.3. Предложена модель выполнения операции дефаззификации, отличающаясяот известных подходом к нормированию степеней уверенности термоввыходных переменных, что позволяет повысить качество нечетких вычисленийна границах интервалов действия нечетких правил.4. Предложена структура данных, описывающая сеть элементарных нечеткихвычислителей и обладающая возможностью динамического изменения впроцессе функционирования, что позволяет повысить производительностьнечетких вычислений.5.

Предложеналгоритмфункционированияэлементарныхнечеткихвычислителей, обеспечивающий снижение затрат ресурсов, необходимых дляего исполнения.6. Предложенаэлементарныхструктуранечеткихнечеткоговычислителей,сопроцессораприменимаянаосноведлясетиаппаратноймикросхемотехнической реализации на основе интегральных схем.7. Предложена структурно-функциональная организация микропроцессора совстроенным аппаратным вычислителем нечетких зависимостей на основе сетейэлементарных вычислителей, обеспечивающая повышение качества решениязадачуправлениявсистемахуправлениянаосновеотечественнойкомпонентной базы.12Значение результатов работы для практики заключается: в повышении точности и быстродействия аппаратных встраиваемыхреализацийнечеткихпреобразователейинформации,создаваемыхсприменением предложенных подходов; в разработке инструментальных комплексов автоматизированной генерацииаппаратных внутрикристальных нечетких преобразователей информации; в решении задачи импортозамещения электронной компонентной базысистем управления.Результатыдиссертационнойизобретения:№2477525работызащищены«Микроконтроллерстремяпатентамиаппаратнымнанечеткимвычислителем переменной структуры», №2402822 «Стенд для изучениямикроконтроллерных систем управления» и №2643613 «Симметричныйтрѐхкоординатный движитель с линейно-скользящей опорой и встраиваемымустройством управления, и симметричная шагающая платформа на его основе»,а также отмечены наградами ряда международных выставок.Вдиссертационнойработеиспользованыметодыиметодологиясистемного анализа, теории сложности, теории графов, теории конечныхавтоматов, теории нечетких множеств, имитационного моделирования.К основным положениям, выносимым на защиту, относятся:1.

Принцип организации аппаратных вычислений нечетких зависимостей,основанный на применении сетей элементарных нечетких вычислителей.2. Модель элементарного нечеткого вычислителя.3. Модель выполнения операции дефаззификации.4. Алгоритм функционирования элементарных нечетких вычислителей исопутствующие структуры данных.5. Аппаратная микросхемотехническая реализация нечеткого вычислителя наоснове сети элементарных нечетких вычислителей.6.

Аппаратнаямикросхемотехническаяреализациямикропроцессорасовстроенным аппаратным вычислителем нечетких зависимостей на основе13сетей элементарных вычислителей как вычислительного узла системыуправления.7. Инструментальныесредстваподдержкиразработкисистемнечеткойобработки информации на основе сетей элементарных вычислителей.Достоверность и обоснованность результатов диссертационной работыподтверждаетсякорректнымприменениемиспользуемыхметодовисследований, близостью результатов моделирования и натурной реализациисистем, высокой степенью согласованности полученных результатов с данныминезависимых авторов.Основные результаты и положения диссертационной работы былипредставлены на следующих международных и всероссийских конференциях:International Conference on Information Management and Technology «ICIMTech2016», Bandung (Indonesia), 2016; 11-я Всероссийская научно-практическаяконференция «Перспективные системы и задачи управления», СимферопольЕвпатория,2016;4-яВсероссийскаянаучно-техническаяконференция«Суперкомпьютерные технологии-2016» Дивноморское, 2016; Internationalconference «Forest & Photonics», Koli (Finland), 2016; 8-я Всероссийскаямультиконференция по проблемам управления «МКПУ-2015», Дивноморское,2015; International Conference on Information Technology in Medicine andEducation ITME-2014 (Jeju, Korea); International Conference on Advances InComputer and Electronics Technology, ACET-2013 (Hong Kong, China); Научнопрактические конференции с международным участием «Неделя наукиСПбГПУ»,Санкт-Петербург,методическиеконференцииинновациинациональныхв2015-2002«Высокиег.г.;Международныеинтеллектуальныеисследовательскихнаучно-технологииуниверситетах»,иСанкт-Петербург, 2014-2002; Международные научно-практические конференции«Микропроцессорные, аналоговые и цифровые системы: проектирование исхемотехника, теория и вопросы применения», Новочеркасск, 2013 и 2011 г.г.;Всероссийскаянаучно-техническаяконференция«Биотехнические,14медицинские и экологические системы и комплексы.

Биомедсистемы-2011»,Рязань, 2011; Международная научная конференции «Решетневские чтения»,Красноярск,2011;Всероссийскиеконференции«Экстремальнаяробототехника», Санкт-Петербург, 2008-2002, а также на иных конференциях исеминарах.Практическиерезультатыработыэкспонировалисьнамеждународных выставках «Точные измерения» (Москва) в 2015-2014 г.г., и«Hi-Tech» (С-Петербург) в 2018-2008 г.г., где награждены 9 золотыми и 7серебряными медалями, а также специальным призом конкурсной комиссии.Автором лично и в соавторстве опубликовано более 200 работ, из них вбазе РИНЦ зарегистрировано 111. Основное содержание диссертационнойработы отражено в 79 публикациях, в том числе в 16 статьях в изданиях,рекомендованных ВАК или приравненных к ним (из них 10 индексируются вбазе Scopus); в двух многотиражных монографиях; в двух учебных пособиях; втрех патентах на изобретения.Все представленные в диссертационной работе результаты полученыавтором лично или при его непосредственном ведущем участии.

Впубликациях, подготовленных с участием соавторов, автор диссертационногоисследованиявнесопределяющийвкладвпостановкузадач,выборнаправлений и методов исследований, их реализацию и анализ.Тематика работы соответствует следующим положениям: разделам Государственного рубрикатора научно-технической информации28.23.33 – Аппаратная реализация интеллектуальных систем, 28.19.23 –Адаптивные и обучающиеся системы; 47.14.07 – Проектирование иконструированиеполупроводниковыхприборовиприборовмикроэлектроники, 50.09.47 Устройства управления и регулирования,50.09.33 – Микропроцессоры, 50.33.31 – Управляющие ЭВМ и ВК; разделам Перечня приоритетных направлений развития науки, технологий итехники в Российской Федерации: перспективныевидыспециальнойтехники; робототехнические комплексы;15 разделам Перечня Национальных технологических инициатив РоссийскойФедерации: AeroNet, AutoNet, NeuroNet, MariNet;. разделамПеречняинформационных,критическихуправляющих,технологийнавигационныхРФ:технологиисистем;технологиисоздания электронной компонентной базы.161.

Характеристики

Список файлов диссертации