Пупков К.А., Коньков В.Г. Интеллектуальные системы (1-е изд., 2001) (1245264), страница 21

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

Текст из файла (страница 21)

Транспьютерные технологии в задачах проектированияинтеллектуальных системСовременные достижения в области производства цифровыхмикропроцессорных элементов, средств их аппаратной поддержки, а такжеэлементов памяти большой информационной емкости открывают широкиевозможности для создания и внедрения принципиально новых информационныхтехнологий как для решения задач обработки информации и управлениясложными динамическими процессами, техническими объектами, системами,комплексами технических средств, так и для решения задач проектированиясамих средств обработки информации и систем управления.С точки зрения проблематики, связанной с обработкой информации иуправлением, то с появлением высокопроизводительных, малоэнергоемких,компактных микропроцессорных вычислительных средств стало возможнымсоздавать на их основе мультипроцессорные вычислительные среды,позволяющие не только использовать сложные (с алгоритмической точкизрения) алгоритмы обработки информации для решения задач управления вреальном времени, но и изменить внутреннюю архитектуру системы, структуруее внешних и внутренних информационных связей, то есть принципиальноизменить ее организацию.

Эти новые принципы организации систем управлениянашли свое отражение, в частности, в концепции интеллектуальных системуправления.Интеллектуальные системы управления обладают рядом особенностей,отличающих их от обычных систем управления, благодаря которым становитсявозможным достижение новых эксплуатационныхи качественныххарактеристик, таких как:-возможность функционирования в условиях неопределенности каксвойств объекта управления, так и обобщенной внешней среды;-высокая надежность и живучесть;-высокая динамическая и статическая точность управления;-оптимальное управление ресурсами системы;-возможность обеспечения эксплуатационной и экологическойбезопасности систем управления технологическими процессами, нарушениекоторых может привести к катастрофическим последствиям, и др.К важнейшим из этих особенностей относятся:-способностькобучениюисамообучениювпроцессефункционирования, в результате чего происходит накопление Знаний,обусловливающих возможность качественного и количественного изменениясвойств системы;-анализ текущего состояния системы и внешней среды и принятиеоперативных решений о наиболее эффективной стратегии управления;-использование прогноза на всех этапах, связанных с оценкойсостояния, принятием оперативных решений и реализацией управления впроцессе функционирования системы.Естественно, что достижение этих высоких характеристик и свойстввозможно только при условии использования больших объемовинформационных потоков от внешних, по отношению к вычислительной среде,источников информации, при условии применения специальных, достаточносложных алгоритмов обработки информации и управления, а также при условииэффективной организации вычислительной среды и вычислительных процессов.Что касается проблематики, связанной с решением задачпроектирования, то появление высокопроизводительных, микропроцессорныхвычислителей позволило существенно изменить не только самое технологиюпроектирования, но создавать и использовать высокоэффективныеинструментальныесредствапроектирования,поддерживающиеинтеллектуальный интерфейс пользователя, обладающие собственной базойданных, знаний и т.д.Особое место в общей проблеме проектирования сложныхдинамических систем занимает проблема их полунатурного моделирования наспециальных комплексах, включающих как универсальные вычислительныесредства, так и элементы специальной, реальной аппаратуры, а такжеустройства их сопряжения.Так, при проектировании широкого класса сложных систем управлениядинамическими процессами и объектами (например, управление движениемлетательных аппаратов, технологическими процессами и т.д.), назаключительном этапе проводится полунатурное моделирование с цельюкорректировки алгоритмов обработки информации и управления, уточнения икорректировки их параметров с учетом динамических особенностей ихарактеристик элементов реальной аппаратуры, работающей в контуреуправления, а также с целью получения оценок показателей качествапроектируемых систем управления и исследования их эксплуатационныххарактеристик.Методполунатурногомоделированияпозволяетпроводитьисследование, проектирование и испытания как отдельных модулей сложныхсистем управления, так и самих систем управления в целом, для которыхрешение указанных выше задач другими методами либо затруднительно, либоневозможно, либо экономически нецелесообразно.Кроме того, комплексы полунатурного моделирования используютсядля отработки самих элементов реальной аппаратуры, контроля процессов вканалах информационного обмена и т.д.Впроцессеполунатурногомоделированияосуществляетсяинформационный обмен между вычислительными средствами комплекса и70элементами реальной аппаратуры.

Именно эта особенность обуславливаетнеобходимость синхронизации вычислительного процесса с реальнымвременем, что, в свою очередь, предъявляет высокие требования к организациивычислительной среды комплекса, к структуре вычислительных процедур, ксредствам сопряжения цифровой части и элементов реальной аппаратуры.Таким образом, на этапе проектирования комплексов полунатурногомоделирования сложных динамических систем управления и в процессереализации этих систем возникают следующие важные общие проблемы:-проблема выбора базовых микропроцессорных элементов дляреализации вычислительной среды;-проблема организации вычислительной среды для реализациисоответствующих алгоритмов обработки информации и управления;-проблема оптимизации структуры вычислительных процессов с учетомтопологии вычислительной среды.Все эти три проблемы тесно взаимосвязаны и в каждом конкретномслучае требуют своего наиболее эффективного решения.Можно сформулировать следующие общие основные требования квычислительной среде:-вычислительныесредства,образующиемультипроцессорнуювычислительную среду, должны обладать высокой производительностью,большим объемом располагаемой собственной оперативной и постояннойпамяти;-языки программирования базовых процессорных элементов должныпозволять программировать вычислительные алгоритмы на языках высокогоуровня, с одной стороны, а с другой - давать после компиляции эффективные,компактные объектные программные модули;-операционная среда, языки программирования высокого уровня длявычислительной среды должны поддерживать последовательный, параллельноконвейерный и параллельный вычислительные режимы мультипроцессорнойобработки информации;-топологическая структура вычислительной среды должна быть гибкой,перенастраиваемой, адаптируемой под любой вычислительный алгоритм дляполучения наивысшей эффективности вычислительного процесса, а также дляповышения надежности и живучести самой вычислительной среды;-вычислительная среда должна иметь возможность высокоскоростногоаппаратного и информационного сопряжения как с внешними нестандартнымиустройствами ввода/вывода, к которым относятся элементы реальнойаппаратуры (датчики, информационные средства, исполнительные устройствасистем управления), так и с базовым HOST-вычислителем;-вычислительная среда должна быть компактной, малоэнергоемкой.Одним из возможных вариантов организации такой вычислительнойсреды,удовлетворяющейуказаннымвышетребованиям,являетсямультитранспьютерная вычислительная среда.

Базовым элементом этойвычислительной среды является транспьютер, представляющий собой новыйперспективный класс микропроцессоров, отличительной чертой которыхявляется высокое быстродействие (порядка 10...15 MIPS или 2.25 MFLOPS),наличие встроенного арифметического процессора для операций с плавающейточкой, а также наличие нескольких (в зависимости от модификациитранспьютера от 2 до 6) двунаправленных высокоскоростных LINKа,обеспечивающих обмен информацией в последовательном формате как междусамими транспьютерами, так и между транспьютерами и черезсоответствующие адаптеры внешними устройствами. При этом скоростипередачи информации могут принимать значения 5...20 Мбит/с.

Внешняяадресуемая память может наращиваться и достигать 4 Гбайт. Внутрисхемныйинтерфейс внешней памяти обеспечивает скорость передачи данных порядка25...40 Мбайт/с [58].Основным базовым языком программирования транспьютеров являетсяязык программирования высокого уровня ОССАМ, ориентированный напрограммирование как последовательных, так и параллельных вычислительныхпроцессов. Получаемый в результате компиляции с языка ОССАМ объектныйпрограммный модуль отличается компактностью и вычислительнойэффективностью.Указанные выше основные эксплуатационные характеристики иособенности транспьютеров позволяют сделать вывод о целесообразности ихиспользования в качестве базовых элементов мультипроцессорныхконтроллеров сложных систем управления, в том числе и интеллектуальныхсистем управления, в качестве базовых элементов мультипроцессорныхвычислительных средств для организации интеллектуальных инструментальныхсистем динамического, технологического и технического проектированиясистемуправления,атакжеприсозданииуниверсальныхмногофункциональных комплексов полунатурного моделирования сложныхсистем управления.Особенности внутренней архитектуры транспьютеров, особенностиорганизации их межпроцессорного интерфейса, особенности программирования- все эти особенности транспьютеров как базовых процессорных элементовпозволяют материально, компактно реализовать достаточно сложную и гибкуютопологию мультитранспьютерной среды с большой вычислительнойпроизводительностью, однако при этом возникает ряд специфических проблем,связанных с разработкой и отладкой программных средств, ориентированных наконвейерную и параллельную обработку данных, проблем организации иоптимизации структур вычислительных процессов, проблем организации и71оптимизации топологической структуры вычислительной среды, на которойреализуются эти процессы и т.д.Необходимость решения всех указанных выше специфическихпроблем, связанных с применением транспьютеров, позволяет говорить о новой,транспьютерной технологии проектирования сложных систем управления,интеллектуальных систем, инструментальных средств их проектирования.Рассмотренная выше концепция мультитранспьютерной организациивычислительных средств для решения задач полунатурного моделированиялегла в основу созданного на кафедре «Системы автоматического управления»Московского государственного технического университета универсальногомногофункционального комплекса для полунатурного моделирования сложныхдинамических систем управления.Моделирующий комплекс был использован для разработкипрограммного обеспечения, оценки потребных вычислительных ресурсов сучетом мультитранспьютерной реализации вычислительных алгоритмов, атакже для отработки аппаратных и программных средств интерфейса свнешними информационно-измерительными и исполнительными устройствамимногостепенного динамического стенда, предназначенного для полунатурногомоделирования в реальном времени процессов механического взаимодействиястыковочных узлов космических летательных аппаратов типа «Мир» и «Shuttle»(см.

рис. 30).-базовый центральный компьютер класса IBM PC-386 с комплектомстандартных периферийных средств;-Transputer Modules(TRAM-ы)- унифицированныеплатытранспьютерных модулей;-Transputer Modules Board-платы типа ТМВ166, обеспечивающиеинтерфейс транспьютерных модулей с HOST-компьютером;-транспьютерные модули-адаптеры аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей;-тензометрическая станция в комплекте с датчиками механических сил;-буферный усилительно-коммутационный блок;-нагрузочный электро-гидравлический привод;-источники питания;-кабельная система.На вычислительной мальтитранспьютерной среде решалась системадифференциальных и алгебраических уравнений высокого порядка видаr&r r rV   Ai  ai   V ;ir r r r&  V  1   ;rrrr&1  I11  1  ( I1  1 )  1 ;rrrr& 2  I 21   2  ( I 2   2 )   2 ;rrA&  A  1 (1 )   2 ( 2 )  A;r rrrr&  &  A& T (l  r a );jjjr&1 r rl j   r&j  r j ;ljr&r rrC  K1  l j  K 2  (l j  l* j );Рис.

Характеристики

Список файлов книги