Воронов Е. М. Методы оптимизации управления ММС на основе стабильно-эффективных игровых решений (2001) (1264203), страница 71
Текст из файла (страница 71)
Программно-технические системы387конфликтной ситуации; описание начальных условий взаимодействияЛА; формирование математических моделей и их параметров для каждого ЛА; внедрение проектируемых или выбор штатных законов управления аэродинамическими объектами; проведение расчетов с заданной степенью точности с использованием различных численных методов решения систем дифференциальных уравнений; контроль промежуточных результатов моделирования; автоматический выбор количества аэродинамических объектов и условий их взаимодействия, завершение моделирования при достижении заранее обусловленного события или результата;вывод сообщений об ошибках пользователя и сбоях программы; выводрезультатов в графическом и табличном виде с последующим их анализом; хранение вновь разработанной или измененной модели на дисковомнакопителе; интерактивный режим работы с дружественным интерфейсом, не требующим от пользователя длительного предварительного обучения работе с программой.Система моделирования «Гарантия-М» разработана по технологии объектно-ориентированного программирования и предназначена для работы всреде операционных систем Windows 95, Windows NT 4.0 и более позднихверсий.
Исходные тексты системы написаны на языке программированияObject Pascal в визуальной среде разработки программ Delphi (см.Дж. Матчо, Дэвид Р Фолкнер. Delphi: Пер. с англ. – М.: Бином, 1995 – 464с.: ил.). Структура «Гарантии-М» приведена на рис. 9.4.Общее управление всеми процессами и функционированием системымоделирования в целом осуществляется с помощью программной оболочки выполненной в стиле MDI-приложений (Multiple Document Interface),включающей в себя главное окно программы и систему меню (см.рис.
9.5). С помощью набора команд из меню осуществляется выбор необходимых действий и раскрытие вложенных окон программы. Для быстрогодоступа к ряду часто выполняемых действий имеется плавающая панельинструментов с набором функциональных кнопок, перемещаемая с помощью мыши в любое место экрана. По желанию пользователя, напримерпри выводе графической информации на весь экран, она может быть временно выключена.Для удобства проектировщика систем управления ЛА все части программы с математическим описанием моделей, законов управления, алгоритмов взаимодействия аэродинамических объектов объединены в единыйрасчетно-аналитический модуль, который является вычислительным ядром системы моделирования.
Все существенные изменения по корректировке моделей ЛА, внедрению новых законов управления должны бытьотражены в данном модуле в виде отдельных подпрограмм или самостоятельно разработанных объектов. При использовании же для решения типовых задач сценариев, моделей, штатных законов управления, заложенныхв программу на стадии разработки, достаточно лишь менять их параметрыи задавать условия и количество взаимодействующих ЛА. В пакете «Га-388 Элементы проектирования и реализации управления ММС.
Часть IIIрантия-М» имеется ряд дополнительных модулей (см. рис. 9.4), вызываемых с помощью меню из главного окна программы и позволяющих быстроредактировать и перенастраивать необходимые параметры.Решение систем дифференциальных уравнений динамики ЛА производится одним из методов численного интегрирования, объединенных в отдельный программный модуль. Как показывает практика, исходный наборметодов оказывается вполне достаточным для решения большинства практических задач и не нуждается в дополнении, хотя такая возможностьпредусмотрена.Рис. 9.5.
Главное окно программыДля удобства использования и хранения расчетных параметров результаты моделирования выводятся в таблицы локальной базы данных в формате Paradox 5.0 for Windows. В качестве посредника между программой иданными, хранимыми в таблице на диске, используется приложение Borland Database Engine (BDE), иногда упоминаемое в литературе как IDAPI.Его наличие на компьютере, где ведутся расчеты с помощью пакета «Гарантия-М», обязательно.Отличительной особенностью системы моделирования является развитый графический интерфейс (см. рис.
9.5). Учитывая особенности решаемых с ее помощью задач, были разработаны подсистемы построения двумерных и трехмерных графиков. В каждом графическом окне программыдопускается выводить до 10 произвольных зависимостей, при этом можноГлава 9. Программно-технические системы389изменять цветовую палитру, толщину линий, осуществлять масштабирование и поворот осей координат. В трехмерных осях координат осуществляется построение траекторий движения объектов, что позволяет болеенаглядно исследовать пространственное маневрирование ЛА.Для нормальной работы системы моделирования требуется объем оперативной памяти не менее 8 МБ.
Общий размер программных модулей,устанавливаемых на жесткий диск, составляет около 10 МБ.К другим особенностям программной системы «Гарантия-М» можноотнести возможность вмешательства пользователя в процесс моделирования и постоянный контроль за ходом вычислений. Результаты моделирования одновременно могут быть выведены на экран в различном виде, какэто показано на рис. 9.5, что очень удобно для проведения анализа противодействия ЛА.В «Гарантии-М» летательные аппараты, законы управления ЛА, численные методы интегрирования представлены в форме объектов.
Это позволяетпри необходимости легко расширять функциональные возможности системы путем описания новых объектов, наследующих все свойства и методысвоих «родителей» с добавлением дополнительных свойств и методов.Представление результатов моделирования в виде базы данных формата Paradox 5.0 for Windows обеспечивает возможность их конвертации вдругие форматы баз данных, например, FoxPro, Dbase, Excel и т.д., с которыми знаком пользователь системы.
Это дает возможность осуществлятьнад результатами любые (не предусмотренные системой) действия.9.2.2.Программные системы FILTR, FILTR-1, FILTR-2[61, 66, 117]Алгоритмическое обеспечение метода поиска оптимальных (гарантирующих) управлений объекта Q. Общую структуру программной системы [54, 66] «FILTR» для решения задач оптимального управления рекомендованными в 8.5 методами, можно представить в виде изображеннойна рис. 9.6 (сервисные блоки не показаны). Основными в этой схеме, длязадачи поиска оптимальных гарантирующих стратегий, являются блок 2,блок 5 и блок 6.Структура блока 6 приведена в [54, 66]. Основу блока составляет программа, которая при заданном моменте времени окончания процесса tK ,векторах фазовых координат x q ( τ) , x q0 ( τ) , x p0 ( τ) , t ∈ [t0 , tK ] и множителе Лагранжа ρ вычисляет математическое ожидание и корреляционнуюматрицу вектора «промаха» ε(tK ) и значение функционала E2(i )* , вычисляет по этим результатам функционал качества E1`* , а также реализует какой-либо численный метод решения нелинейного алгебраического уравне-390 Элементы проектирования и реализации управления ММС.
Часть IIIния для вычисления множителя Лагранжа ρ* , обеспечивающего заданныйуровень ограничения сложности E2(i )** . Исходными данными для работыпрограммы, являются: заданный уровень ограничения сложности ε(Si ) ,i = 1, 2 ; исходное значение множителя Лагранжа ρ = ρ0 ; максимально допустимое количество итераций для определения ρ* . При этом реализуетсяизвестный «метод секущих», при котором итерационный процесс задаетсяформулойρn +1 =ρn −ℑ(ρn )(ρn − ρn −1 ),ℑ(ρn ) − ℑ(ρn − ρn −1 )(9.1)где =ℑ(ρn ) E2(i )* (tK , ρn ) − S (i ) (tK ) , i = 1, 2 .123Вычислениефазовых ограничений4УправляющаяпрограммаПрограмма, реализующаячисленный методоптимального управленияВычислениеограниченийна управление5Вычисление времениокончания процесса6Вычислениефункционала качестваРис.
9.6. Структура программной системы «FILTR»Блоку 5 соответствует (см. рис. 9.6) программа, которая реализует некоторый метод поиска минимума E1** функционала E1* по tK . Обычномомент времени окончания процесса tK = tK* задается с помощью некоторой монотонной функции h(t , x (t )). При этом полагается, чтоh(tK* , x (tK* )) = 0(9.2)ˆс заданной точностью εt > 0 . Этот способ задания tK =∈ [Θ K , Θ K ] (см.8.1.3) принят в данном пункте. Исходными данными для работы програмˆ , ε , исходное значение моментамы являются: моменты времени Θ K , ΘKttK*времени tK = tK0 , максимально допустимое количество итераций для определения tK* . В модуле FIN0 реализуется метод поиска локального поискаминимума путем сокращения интервала неопределенности – «метод золотого сечения» [10].Глава 9. Программно-технические системы391Программный блок 2 иллюстрируем случаем, когда управление объекта Q ограничено по модулю u q (t ) ≤ u0q и оптимальное гарантирующееуправление u*q (t ) определяется в классе релейных управлений с конечнымчислом точек переключения [66].Обозначим через K количество точек переключения в каждой компоненте исходного управления, а через t ji , j = 1, m , i = 1, K – моменты переключения j-й компоненты вектора управления uq (t ) .
Тогда очевидныограничения на параметрыt ji ≥ t j( i −1) , i = 2, K ; j = 1, m ,которые естественно упорядочить следующим образом:===t1 t11tK t1K ;, t2 t12 ,..., ===tK +1 t21t 2× K t 2 K ;, tK + 2 t22 ,...,222222222222222t( m −1) K +1 tm1==tmK ., t( m −1) K + 2 tm=2 ,..., tm× K(9.3)(9.4)Полученная m × K параметрическая задача нелинейного программирования с ограничениями (9.3) может быть решена известными методами нелинейного программирования.Общая структура блока 2 для нахождения оптимальных гарантирующих (в классе релейных функций) управлений программно-управляемогообъекта Q включает в себя два сервисных модуля (модуль ввода и контроля исходных данных и модуль вывода результатов), модуль, реализующий один из методов нелинейного программирования с ограничениями,а также обрабатывающий модуль.Обрабатывающий модуль вычисляет для каждого набора параметровt ji , j = 1, m , i = 1, K (точнее, для соответствующего вектора управления, где E3 E1** (uq , K * (t , t, uq )) .uq (t ) ) значение функционала E3** (uq (t ))=Кроме того, для работы программы необходимо вычисление ограничений(9.3).При решении задачи поиска гарантированной оценки эффективностизаданной uq (t ) объекта Q блок 2 исключается (рис.
9.6). При исключенииблока 2 оптимизации управления объекта Q задача превращается также взадачу гарантированной оценки многомерного фильтра с заданной частьюи прототипом [27, 61].С учетом изменений разработаны варианты получения характеристикфильтра с его ограничением промежуточной координаты FILTR-1 и учетом прототипа FILTR-2 [117].Оценка вычислительной сложности алгоритма ПС «FILTR» для получения описания объекта Р в форме фильтра и гарантирующего управления392 Элементы проектирования и реализации управления ММС. Часть IIIобъекта Q дана в [54, 63]. Получены оценки вычислительной сложностиалгоритма и даются рекомендации по её уменьшению.Кардинальное повышение скорости вычислений функционала качестваможет быть достигнуто при реализации алгоритма на многопроцессорныхВС.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
