Воронов Е. М. Методы оптимизации управления ММС на основе стабильно-эффективных игровых решений (2001) (1264203), страница 72
Текст из файла (страница 72)
При этом возможно распараллеливание на уровне параллельных ветвей алгоритма, выполнение матричных операций на векторных процессорах, использование параллельных алгоритмов вычисления квадратур 1.В работе 2 приводятся априорная и апостериорная оценки погрешностивычислений при параметрической численной оптимизации задачи фильтрации на стадии оценки множителя Лагранжа и вычисления показателякачества.9.3. ОЦЕНКИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ АЛГОРИТМОВИ ЭЛЕМЕНТЫ ИХ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ9.3.1.Параллельная реализация оптимального ПКЗУвысокоскоростного ЛА с учетом бортовойвычислительной сетиФормирование требований к системе управления ЛА для реализации алгоритмов оптимального ПКЗУ. Оптимальный программнокорректируемый закон управления может быть реализован на борту ЛАперехватчика в режиме самонаведения в соответствии с функциональнойсхемой на рис.
9.7.Для этого на борту ЛА необходимо иметь следующие техническиесредства: следящий силовой гиростабилизатор с радиолокационным координатором цели, позволяющий измерять: D – относительную дальность;D – скорость изменения относительной дальности; ϕ , χ – угловые скорости линии визирования цели в инерциальном пространстве; ε1 , ε2 – углыпеленга цели в связанной СК; датчик угла атаки α ; датчик угла скольжения β ; датчик угла тангажа ϑ ; датчик угла рыскания ψ , датчик угла кренаγ ; устройство измерения модуля собственной скорости V; высотомер H;бортовой цифровой вычислительный комплекс (БЦВК).Рассмотрим этапы формирования ПКЗУ (рис.
7.36) на борту высокоскоростного ЛА-истребителя. Приближенная функциональная схема си1Боглаев Ю.П., Карпенко А.П. Иерархия параллельных вычислений кубатур. ПрепринтИФВТ АН СССР, Черноголовка, 1986.2Воронов Е.М., Карпенко А.П. Параметрическая оптимизация вычислительного процессадля одной задачи фильтрации.
Изв. ВУЗов. Приборостроение. 1992. № 3–4. С. 9–15.Глава 9. Программно-технические системы393стемы управления вооружением истребителя-перехватчика приведена нарис. 9.8.Возмущающие силы и моментыШумы измеренийЛА-перехватчикЛАцельССГ сРКЦD, D, ϕ, x,ε1,εrФильтрыСС ЛАперехват.БЦВКuu toppФильтрыДатчикиVx , α,β, γ, θ, y,ωx , ωy , ωz ,nx , ny , nz , HРис. 9.7. Функциональная схема системы управления ЛА:ССГ с РКЦ – следящий силовой гиростабилизатор с радиолокационным координаторомцели; БЦВК – бортовой цифровой вычислительный комплекс; СС – система стабилизацииЦ200АЦППриемникИндикацияЦ102ПередатчикУпр.
локатором8 разр. 124Кс пункта управленияЦ101с БРЭОD, D, ϕ, xВыч. абс.коорд.целиЭВМСУВVmax = 2 − 3MИОПРПЦ080СВСИКВКАnmax = 9ИндикацияПилотАвтопилотЛА8 упр. ракетРис. 9.8. Приближенная функциональная схема СУВ ЛА:БРЭО – бортовое радиоэлектронное оборудование; ИКВК – индикатор курсовертикали;СВС – система воздушных сигналов; ОПР – оптический прицел; И – индикация;П – подсказка; А – автопилот394 Элементы проектирования и реализации управления ММС. Часть IIIПервый этап реализуется путем ввода данных с бортовых датчиков ирадиолокационного прицельного комплекса. При этом осуществляетсяаналого-цифровое преобразование сигналов с датчиков в АЦП и быстроепреобразование Фурье радиолокационных сигналов в ЭВМ Ц200.
ЭВМЦ102 осуществляет управление локатором, обеспечивая непрерывное слежение за целью, и выдает в ЭВМ СУВ (Ц101) относительные координатыцели в полярной системе координат.На втором этапе в ЭВМ СУВ вычисляются вектора состояний ЛА-целии ЛА-перехватчика, осуществляется преобразование координат, определяются фактические значения параметров математических моделей ЛА.Третий и четвертый этапы являются самыми времяемкими. Здесь производится формирование ансамбля экстремальных траекторий движенияцели, построение области достижимости с учетом ограничения на векторсостояния.
Определяются множества потребных траекторий движения перехватчика, рассчитываются параметры законов управления. Вычисляютсямножества прогнозируемых конечных промахов. Производится оптимизация на множестве прогнозируемых конечных промахов, выбирается точкаприцеливания и определяется оптимальный закон управления преследователем на такте.На пятом этапе осуществляется коррекция ПКЗУ и выдача из ЭВМСУВ команд управления автопилоту или летчику (в виде подсказки на индикаторе на лобовом стекле).Оценим необходимое для реализации оптимального ПКЗУ быстродействие БЦВК. Обеспечение требуемой точности наведения возможно приформировании области достижимости ЛА не менее чем из 200 точек.
Алгоритм синтеза ПКЗУ при этом содержит около 1,2 млн. операций с плавающей точкой. При такте выдачи команд автопилоту примерно 0,1 секдля высокоскоростного ЛА типа самолет-истребитель требуемое быстродействие вычислителя составляет 12 млн. операций с плавающей точкой всекунду. Данное требование является трудновыполнимым в реальной системе, так как существующие БЦВМ не обладают достаточной производительностью. Кроме того, задача наведения не является единственной задачей, решаемой на борту, и поэтому она не может занимать все время вычислительной системы.
Реализовать оптимальный ПКЗУ можно путемраспараллеливания алгоритма и его выполнения в многопроцессорной системе или применением приближенного субоптимального ПКЗУ реальноговремени.Параллельная реализация оптимального ПКЗУ и оценка егобыстродействия в мультитранспьютерной вычислительной системе[72, 73]. На предмет декомпозиции алгоритма оптимального ПКЗУ ЛАперехватчика сравнивались следующие типы параллелизма: дублирование, конвейерный параллелизм, геометрический параллелизм, алгоритмический параллелизм, гибридные методы.Глава 9. Программно-технические системы395В качестве основного критерия для выбора того или иного метода распараллеливания рассматривалось время получения ПКЗУ (программныйтакт выработки команд управления).Проведенный анализ позволил сделать следующие выводы:• использование дублирования или конвейерного способа обработки информации ускоряет лишь частоту выдачи сигналов управления к системе стабилизации и практически не влияет на задержку времени, связанную с вычислением ПКЗУ, что в принципе не удовлетворяет введенному критерию;• алгоритмический параллелизм, как правило, является наиболее эффективным по степени ускорения в большинстве случаев, но чрезвычайно трудоемок вследствие полной детализации вычисли-тельногопроцесса;• геометрический параллелизм дает максимальный результат в случаехорошей геометрической интерпретации решаемой задачи, котораяимеет ту или иную степень симметрии, в этом смысле он наиболееподходит для нашего случая;• гибридные методы используют для сложных ветвистых алгоритмов всетях с большим количеством транспьютеров.
Они представляют собойсимбиоз простых типов параллелизма.Для получения максимального быстродействия при наименьшей трудоемкости с учетом конкретных особенностей распараллеливаемого алгоритма синтеза ПКЗУ ЛА наилучшим в данном случае методом декомпозиции является геометрический параллелизм.Исходный алгоритм был преобразован для реализации в мультипроцессорной сети в соответствии с наилучшим типом параллелизма. Декомпозиции подвергнуты 3 и 4 этапы формирования ПКЗУ ЛА (см. рис. 7.36),требующие более 90% от общего времени вычислений. Распараллеливаниепроцедур ввода-вывода информации и предварительной обработки входных данных оказалось нецелесообразным из-за увеличения времени накоммуникационный обмен между процессорами.Алгоритмическое обеспечение для практической реализации оптимального ПКЗУ в транспьютерной сети, состоящей из 4-х транспьютеров,приведено в [72].Алгоритм синтеза ПКЗУ ЛА реализован на языке программирования3LC (INMOS Ltd.
The transputer reference manual, Prentice Hall, 1988).Для тестирования и отладки использовалась мультипроцессорная ускорительная плата TMB16 фирмы TRANSTECH в составе host-компьютераCOMPAQ DeskPro 386/387-40, содержащая восемь транспьютерных модулей на базе IMS T800 (20 мГц).396 Элементы проектирования и реализации управления ММС. Часть IIIРезультаты тестирования программы на 4-х транспьютерах (для одногоцикла) даны в табл.
9.1.Та блица 9 .1Р ез ульт а ты те с тиро ва ния а лгор итм а (р ис. 7 .34 )НомерэтапаВремя выполненияблока (с)В процентах к общему времени (%)10,0115,11620,0010,46530,20293,95440,0010,46550,0000,000Итого0,215100,000По результатам тестирования можно прогнозировать результат выполнения программы в системе с разным числом транспьютеров) (см.табл. 9.2).О ценк а пара л л е ль но й р еа л из а ц и иТа блица 9 .2Вариант алгоритма синтезаПКЗУ ЛАЭквивалентное количество операцийс плав. точкойЧисло транспьютеровв сети, NБыстродействиена такте: τ, с.Ускорение, SОптимальный1,2 ⋅ 1012480,80,4010,2150,10811,9953,9207,407Субоптимальный0,075 ⋅ 10610,04916Таким образом, из табл.
9.2 видно, что оптимальный ПКЗУ может бытьреализован в реальном времени функции-оперирования высокоскоростныхЛА при использовании 4 – 8 транспьютеров.9.3.2.Программно-техническая реализациясубоптимального ПКЗУПриведенный ниже алгоритм синтеза субоптимального ПКЗУ содержитоколо 0,075 млн.
операций с плавающей точкой, что позволяет реализоватьего на борту ЛА без распараллеливания. Для обеспечения шага выдачикоманд управления с частотой 20 Гц потребуется вычислитель с производительностью не менее 1,5 млн. операций в секунду.На рис. 9.9 дана схема синтеза управлений.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
