На правах рукописи ТРОЯНОВСКИЙ Владимир Михайлович АНАЛИЗ И ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ СТОХАСТИЧЕСКИХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ Специальность: 05.13.01 – Системный анализ, управление и обработка информации(вычислительная техника и информатика)Автореферат диссертации, представленной на соискание ученой степенидоктора технических наукМосква, 2008Работа выполнена в Московском государственном институте электронной техники (техническом университете) на кафедре «Информатика и программное обеспечение вычислительных систем».Научный консультант доктор технических наук, профессор Бондаревский А.С.(г.н.с. ОАО «Ангстрем-М»), г. Москва, Зеленоград Официальные оппоненты: Першин И.М.,доктор технических наук,профессор (Пятигорский государственный технологический университет) Петров Ю.П., доктор технических наук,профессор (Санкт-Петербургский государственный университет) Кравченко П.П., доктор технических наук,профессор (зав. кафедрой МОП ЭВМ Технологического Института ЮФУ в г. Таганроге) Ведущая организация: Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН, г. Москва Защита диссертации состоится «11» декабря 2008г. на заседании диссертационного совета Д212.208.22 в Технологическом институте Южного федерального университета в г. Таганроге.Адрес: 347928, Ростовская обл., г. Таганрог, ГСП-17А, пер. Некрасовский, 44, ауд. Д-406.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЮФУ.Автореферат разослан «__» _________200__г.Ученый секретарьдиссертационного совета,д.т.н.. проф. А.Н. Целых^ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы диссертации. Наступивший XXI век – век информатизации. Расширение возможностей ЭВМ и их проникновение во все сферы человеческой деятельности потребовали создания: - сложных методов, алгоритмов и программ из области «системного анализа, управления и обработки информации»; - реализующих эти методы, алгоритмы и программы информационно-управляющих систем (ИУС). Высокоуровневое (Hi-tech) управление требует решения таких сложных проблем при создании ИУС, как: 1) работа в реальном времени, 2) учет динамических свойств объектов, 3) стохастичность воздействий и малая изученность объектов, 4) наличие дискретно-непрерывных преобразований, 5) ограниченность интервалов наблюдения, 6) создание проблемно-ориентированных системных и прикладных компьютерных программ.В современных областях кибернетического знания – теории автоматического регулирования (ТАР), теории автоматического управления (ТАУ) и технической кибернетике (ТК), проблемы (1) решаются по отдельности.Актуальность темы диссертации заключается в совместном решении поименованных проблем Hi-tech управления (1) и создании на этой основе соответствующих систем методов, алгоритмов, программ и реализующих их ИУС, ориентированных на потребности практики. Прм этом работа соискателя основывается на анализируемых ниже трудах специалистов ТАР, ТАУ и ТК.^ 1) Работа в реальном времени. Принцип необратимости времени, сформулированный Н.Винером, – один из часто нарушаемых краеугольных камней при проектировании ИУС. Действительно, объект управления всегда работает в реальном времени, и система управления (СУ) обязана работать в том же времени. Какой бы быстродействующий компьютер ни применялся в СУ, нельзя использовать будущие отсчеты сигналов для расчета управляющего воздействия, требуемого в текущий момент времени. Реакция физически реализумых объектов и операторов не может наступить в реальном времени раньше, чем было приложено входное воздействие. К сожалению, как отмечают Д. Миддлтон, Я.З. Цыпкин и др., многие изящные математические построения при расчете систем обработки информации и управления приводят к физически нереализуемым операторам и необходимости поиска последующих приближенных решений. Проблема реального времени системно связана и с другими проблемами в (1): и состояние объекта, и вся предистория динамического развития этого текущего состояния, и реакция объекта на управляющее воздействие – все это складывается в реальном времени; при использовании цифровых регуляторов для объектов, рабо- тающих в непрерывном времени (а также при управлении дискретно-непрерывными производствами) необходим учет единого реального времени для непрерывных и дискретно-непрерывных частей системы; при создании системных и прикладных компьютерных программ для ИУС приходится разрабатывать операционные системы реального времени.^ В диссертации проблема реального времени рассматривается как объективная данность, которая должна учитываться и при анализе объектов и СУ, и при синтезе физически реализуемых алгоритмов управления.^ 2) Учет динамических свойств объектов. Системный подход к совместной работе динамических объектов и системы управления развит в классических методах ТАР и ТАУ, начиная с работ И.А. Вышнеградского и Д.К. Максвелла. В работах Дж. Рауса, Н.Е. Жуковского, А.М Ляпунова, Б. Ван-дер-Поля, И.Н. Вознесенского, А.А. Андронова, М.А. Айзермана, А.А. Красовского и др., разрешены ключевые проблемы устойчивости линейных и нелинейных систем автоматического управления и оценки качества переходных процессов в ответ на стандартные возмущения. С рождением ТК (Н. Винер и К. Шеннон) расширился круг анализируемых проблем в технических, в биологических, экономических и иных приложениях, а также произошел переход к решению задач оптимального управления и адаптации в сложных динамических системах. Этому способствовали работы А.А. Фельдбаума, Л.С. Понтрягина, Р.Е. Беллмана, Ш.С.Л. Чанга, Я.З. Цыпкина и др. В ведущих технических вузах страны возникли целые научные школы по ТАР и ТАУ (В.В. Солодовников, Г.К. Круг, А.В. Нетушил, А.А. Воронов). Написаны сотни учебников и учебных пособий. Вместе с применением ЭВМ в ИУС стал возможным переход от прямого использования сигналов с датчиков и классических законов регулирования к управлению объектами с помощью сложных алгоритмов и предварительной обработки информации. Проблема учета динамических свойств объектов системно связа- на и с другими проблемами в (1): - при учете стохастичности воздействий и малой изученности объектов динамика последних существенно сказывается на методике и качестве оценивания достигаемых результатов; - в силу ограниченности интервалов наблюдения возникает проблема учета «запасенной энергии» при анализе динамических объектов.^ В диссертации1 проблема учета динамических свойств объектов рассматривается как объективная реальность анализа и синтеза ИУС.3) Стохастичность воздействий и малая изученность объектов. При анализе работы систем в условиях случайных воздействий и помех нарушаются исходные предпосылки классического математического аппарата ТАУ, прежде всего в силу отсутствия аналитического описания для случайной функции времени. Здесь потребовалось привлечение и развитие теории вероятностей и математической статистики. Статистика, как наука, насчитывает три века (Я. Бернулли, А. Муавр, П.С. Лаплас, А.А. Марков, П.Л. Чебышев, А.А. Ляпунов, А.Я. Хинчин, А.Н. Колмогоров и др.). Среди первых фундаментальных работ по исследованию случайных процессов в задачах автоматического управления, следует указать работы В.С. Пугачева; среди зарубежных системных работ – монографию Дж.Х. Лэнинга и Р.Г. Беттина. В 60-х годах появились фундаментальные работы по теории шумов и статистической радиотехнике (Дж. Бендат, Д. Миддлтон, Б.Р. Левин, А.А. Свешников, В.И. Тихонов), анализу случайных процессов в нелинейных (Е.П. Попов и И.П. Пальтов, Дж. Бокс и Г. Дженкинс, А.А. Первозванский, К.А. Пупков) и экстремальных системах (Ю.Г. Хлебцевич, В.М. Кунцевич, М.Г. Эскин, Л.Н. Фицнер, Н.М. Александровский, А.С. Бондаревский, Р.Е. Кузин, Г.А. Медведев, В.П. Тарасенко). Малую изученность объектов компесируют методами дуального управления (А.А. Фельдбаум), случайного поиска (Л.А. Растригин), адаптации и обучения (Я.З. Цыпкин), экспериментами методами (Е.Г. Дудников и др.). Проблема стохастичности воздействий и малой изученности объектов системно связана и с другими проблемами в (1): - если ТАР и ТАУ рассматривают развитие процессов в реальномвремени и в динамике, то статистика изначально тяготеет к случайным событиям, вероятностям, теории множеств; - при анализе единственной реализации привлекается эргодическая гипотеза, и авторы таким образом явно или неявно отказываются от исследования процессов при ограниченном интервале наблюдения. В диссертации проблема стохастичности воздействий и малой изученности объектов рассматривается как центральная методическая проблема на пути к количественному анализу ИУС. ^ 4) Наличие дискретно-непрерывных преобразований. Еще до массового применения компьютеров дискретно-непрерывная проблематика разрабатывалась в ИПУ, ЦННИКА, МЭИ, МИТХТ, МИХМ в связи с автоматизацией металлургических, энергетических и химических производств (Н.С. Райбман, В.М. Чадеев, Э.Л. Ицкович, Е.Г. Дудников, Г.К. Круг, А.В. Нетушил, В.А. Бородюк, В.В. Кафаров, В.С Балакирев, Ю.М. Быков и др.). С внедрением цифровой техники, цифро-аналоговых и аналого-цифровых преобразований появились фундаментальные работы по теории линейных импульсных систем с использованием - преобразований (Я.З. Цыпкин, Л.Т. Кузин, Е.Н. Джури). Во многих исследованиях используется теорема В.А. Котельникова (переоткрытая позже Х. Найквистом), о применимости которой велась широкая дискуссия.^ В диссертации проблема дискретно-непрерывных преобразований решена во временной области (без перехода к операторным изображениям): для анализа детерминированных процессов в линейных динамических системах с цифровым регулятором, и для стохастических процессов в системах с дискретно-непрерывными преобразованиями.^ 5) Ограниченность интервалов наблюдения (при изучении объектов и управления ими). Эта проблема приводит к статистическим погрешностям результатов в любых задачах оценивания (Е.С. Вентцель, Л.А. Овчаров, Ю.А. Розанов, В.П. Чистяков и др.), в том числе, и при использовании данных нормального функционирования объектов (А.А. Красовский). В отличие от класической статистики, исследователь обычно имеет дело (С.А. Айвазян) с единственной реализацией и коррелированными данными, что может приводить к существенным различиям при усреднении по множеству и по времени (на это неоднократно указывал В.С. Пугачев).^ В диссертации учет проблемы ограниченности интервалов наблюдения позволяет получить количественные оценки точности достигаемых решений при изучении объектов по данным их нормального функционирования, а также провести параметрический синтез ИУС. ^ 6) Создание проблемно-ориентированных системных и прикладных компьютерных программ. На важность и сложность программных проблем указывали многие ученые (В.В. Липаев, Ф.П. Брукс, К.У. Боэм и др). Особенно остро системная значимость проблемы проявилась в связи с массовым внедрением микропроцессоров и микроЭВМ в системы управления. Внимание исследователей и ученых переключилось на широкий круг вопросов – от архитектуры микроэлектронных устройств и систем управления (научные школы И.В. Прангишвили, Б.Н. Наумова, Н.Л. Прохорова, Л.Н. Преснухина, А.В. Каляева и др.), датчиков и исполнительных механизмов (Д.И. Агейкин, Э.И. Гитис, В.В. Островерхов), интерфейсов и программирования (В.В. Липаев, В.Ф. Шаньгин, и др.). Появились публикации по системам управления с ЭВМ и микроЭВМ (Т. Харрисон, Н.Л. Прохоров, А.Н. Шкамарда, А.А. Васенков, В.М. Пролейко, К. Острем и Б. Виттенмарк, В.А. Бесекерский, В.И. Гостев) 1. Все больше внимания уделяется проектированию систем реального времени (М. Блэкман, М. Джамшиди и Ч.Дж. Хергет, Я.А. Хетагуров и др.), адаптации операционных систем реального времени (Г.А. Егоров, И.Л. Талов и др.), созданию системных и прикладных компьютерных программ1, построению Computer-Aided … систем (т.е. создаваемых или работающих «с помощью» ЭВМ), защите информации. В то же время наработанные ранее алгоритмические решения для традиционных статистических методов перешли в пакеты готовых прикладных компьютерных программ и широко распространились вместе с ЭВМ (С.А. Айвазян, Л.Д. Мешалкин, В.П. Боровиков, Л. Льюинг и др.). Специалисты указывают, что их применение при обработке данных от реальных процессов может принести неквалифицированным пользователям неодназначности, погрешности и даже вред – ведь величина погрешностей и даже сам факт их появления зависят от коррелированности данных, а именно она-то и не учитывается традиционными статистическими методами (эти задачи решаются соискателем) 2.Объект и предмет исследованийВыделим из всей иерархии информационно-управляющих систем (см. ниже табл. 1.1) класс сложных ИУС – от уровня прямого цифрового регулирования до адаптивных систем управления нелинейными динамическими объектами и самонастраивающихся АСОДУ. Тогда:Объектом исследований (тем, НА ЧТО направлены усилия соискателя) является именно этот класс сложных стохастических систем управления с признаками-свойствами, назваными выше (работа в реальном времени, учет динамических свойств объектов, стохастичность воздействий и малая изученность объектов, наличие дискретно-непрерывных преобразований, ограниченность интервалов наблюдения, создание проблемно-ориентированных системных и прикладных компьютерных программ).Предметом исследований (тем, ЧТО направлено на объект исследований) является анализ и параметрический синтез таких систем на основе совместно решённых проблем управления (1), создания методов, алгоритмов и программ, позволяющих реализовать соответствующие ИУС, ориентированные на потребности практики.Проблемная ситуация, сложившаяся в области объекта исследований, определяется совместной (системной) нерешенностью выделенных проблем (1). Эти проблемы освещаются в научной литературе лишь с какой-то одной определенной стороны, иногда – только обозначаются или содержат ссылочную библиографию. Кроме того, как показано в главе 2, есть свои проблемы в инструментарии исследований, то есть, в области предмета исследований. Разрешение выявленной таким образом проблемной ситуации становится возможным лишь на основе комплексного анализа упоминаемых проблем (1) с единых позиций, и это позволяет получить новые научные результаты, направленные именно на преодоление проблемной ситуации.^ Цель и задачи исследованийЦелью исследований является преодоление отмеченной выше проблемной ситуации. Здесь - это совместное решение проблем управления (1), создание методов, алгоритмов и программ, позволяющих реализовать соответствующие ИУС, ориентированные на потребности практики, а также получение оценок точности достигаемых решений.Для достижения поставленной цели решаются следующие научные задачи и подзадачи, отраженные в названиях глав диссертации:Анализ информационно-управляющих систем как объекта исследований. Выявление проблемной ситуации.Выбор математического аппарата как инструментария исследования процессов реального времени.Применение выбранного математического аппарата для анализа динамических процессов в системах с дискретно-непрерывными преобразованиями сигналов – на примере анализа линейных систем с цифровым регулятором в цепи обратной связи.Методические вопросы анализа случайных процессов в информационно-управляющих системах: - учет эргодичности процессов после линейных и нелинейных, атакже при дискретно-непрерывных преобразованиях сигналов; - анализ линейных динамических объектов в условиях случайных воздействий и помех; - регулирование по случайным возмущениям на входе и его ха-рактеристики;Ограниченное время наблюдения (на примере идентификации характеристик динамических объектов).Синтез информационно-управляющих систем (на примере управления нелинейными объектами, оптимизации и адаптации).Разработка проблемно-ориентированного информационного, программного и технического обеспечения, реализованного в ИУС реального времени и в учебном процессе.^ Научная новизна исследованийНаучная новизна диссертации состоит в теоретическом обобщении и развитии подходов, обеспечивающих совместное решение обозначенных проблем управления (работа в реальном времени, учет динамических свойств объектов, стохастичность воздействий и малая изученность объектов, наличие дискретно-непрерывных преобразований, ограниченность интервалов наблюдения, создание системных и прикладных компьютерных программ) и, соот-ветственно, - создание на этой основе методов, алгоритмов, программ и реализующих их ИУС, ориентированных на потребности практики.Научная новизна исследований проявляется в следующих новых научных результатах. I. Показано, что:Адекватный математический аппарат для анализа сложных ИУС, позволяющий одновременно учитывать реальное время, динамику процессов, дискретно-непрерывные преобразования, случайные воздействия и ограниченный интервал наблюдения, должен базироваться на использовании уравнения свертки и теории случайных процессов.Описание линейной системы с дискретно-непрерывным кана-лом и системы управления с цифровым регулятором может быть приведено к форме уравнения свертки; при этом эквивалентная весовая функция определяется из решения интегрального уравнения Вольтерра 2-го рода; присутствие в этом уравнении в явном виде периода отсчетов Ts предопределяет его влияние на результирующую весовую функцию.Линейное преобразование эргодического входного процесса дает эргодический выходной процесс, как для непрерывных сигналов, так и для сигналов, дискретизированных во времени; существует класс нелинейных преобразований нормального случайного процесса, не нарушающих его эргодичности.Решение статистических задач с усреднением по множеству и по времени может приводить к разным результатам. На примере решения задачи идентификации показано, что при усреднении по множеству искомая оценка оказывается абсолютно точной независимо от уровня помехи; при усреднении по времени дисперсия оценки зависит от относительного уровня помехи и числа используемых отсчетов.Механизм возникновения погрешностей весовой функции при идентификации динамических объектов по реализациям ограниченной длины (получивший название «эффекта запасенной энергии») кроется внекорректном использовании доступных данных. II. Получены:Условие сходимости ряда, используемого при выводе соотно-шения для дисперсии оценки коэффициента усиления безинерционного звена в задаче идентификации.Выражение для ковариационной матрицы погрешности оценки идентификации динамического объекта при наличии аддитивной помехи на выходе и коррелированном входном сигнале.Соотношения для количественного анализа дуального управле-ния нелинейным динамическим объектом в условиях случайных возмущений, помех и ограниченных интервалов наблюдения.Соотношения для количественного анализа алгоритмов управления нелинейным динамическим объектом при наличии дрейфа, рассматриваемого как стационарный случайный процесс с заданной ковариационной функцией.Соотношения для оптимального уровня параметров, доступных для регулирования в адаптивной системе управления и количественные характеристики эффективности адаптивного управления, а также соотношения, определяющие границы целесообразности адаптивного управления в зависимости от крутизны характеристики объекта, сочетания временных свойств дрейфа и периода отсчетов, соотношения дисперсий помехи и дрейфа. III. ^ Истолкованы, промоделированы и количественно оценены:Работоспособность соотношения для определения доверительных границ оценки коэффициента усиления безинерционного звена.Существование инвариантных сочетаний параметров полезного сигнала, помехи, дрейфа, статических и динамических характеристик объекта и системы управления, которые определяют эффективность адаптивного управления. IV. Разработаны:Методика и алгоритмы для идентификации весовой функции и коэффициента передачи объекта по реализациям ограниченной длины, а также методика для расчета ковариационной матрицы погрешности оценки и улучшения статистических свойств оценки весовой функции. Методика и алгоритмы для практического осуществления дуального управления.Методика, алгоритмы и рабочие программы операционных систем реального времени для отечественных мини- и микроЭВМ.Методика, алгоритмы и рабочие программы ИУС реального времени, внедренных в народное хозяйство. V. Выдвинута:Концепция предоставления пользователю-непрограммисту воз-можности определенной адаптации программного комплекса к изменяющимся требованиям без привлечения разработчиков.^ Достоверность новых научных результатов подтверждена математическим обоснованием полученных результатов, их аналитическим и имитационным моделированием, натурным тестированием, а также внедрением в практику – многолетним использованием:- в промышленности (см. раздел «Реализация новых научных результатов работы»);- в учебном процессе МИЭТ (на кафедре «Информатика и программное обеспечение вычислительных систем»).^ Научные положения, выносимые на защиту: 1) Анализ и синтез информационно-управляющих систем требуют совместного учета таких особенностей объектов управления, как: работа в реальном времени, учет динамических свойств объектов, стохастичность воздействий и малая изученность объектов, наличие дискретно-непрерывных преобразований, ограниченность интервалов наблюдения, создание системных и прикладных компьютерных программ. 2) Для получения адекватных результатов при анализе линейных динамических объектов, в том числе, с дискретно-непрерывными преобразованиями, явным учетом периода дискретизации и возможностью учета стохастических воздействий, необходимо проведение анализа во временной области и использование уравнения свертки.3) Применение статистических методов и эргодической гипотезы в рассматриваемых условиях становится методически обоснованным и конструктивным за счет следующих доказательств:- линейные и дискретно-непрерывные преобразования исходных эргодических процессов не нарушают их эргодичности;- существует класс сигналов и нелинейных преобразований, взаимодействие которых не нарушает эргодичности процесса, в том числе, при дискретно-непрерывных преобразованиях сигнала;- при обработке реализаций ограниченной длины имеется принципиальная разница в результатах, достигаемых при усреднении по мно-жеству и по времени.4) Идентификация весовой функции динамического объекта требует различного использования отсчетов сигналов на входе и выходе объ-екта, а также специального алгоритма их обработки. Разработан рабо-чий алгоритм идентификации и получены оценки точности его работы. Предложен метод дальнейшего улучшения оценки на основе вида ковариационной матрицы погрешности идентификации.5) При дуальном управлении нелинейным динамическим объектоместь оптимальный уровень допустимых флуктуаций входного сигнала. Существует набор инвариантных сочетаний параметров объекта, сигналов и дрейфа, определяющих эффективность адаптивного управления и «потолок возможностей» системы управления. Синтезирован рабочий алгоритм оптимального управления нелинейным динамическим объектом в условиях дрейфа, случайных воздействий, помех и ограниченных интервалов наблюдения. 6) Создание рассматриваемого класса ИУС требует разработки операционных систем реального времени и специального программного обеспечения. Разработаны соответствующие методики, алгоритмы и рабочие программы операционных систем реального времени для первых отечественных мини- и микроЭВМ, а также алгоритмы и рабочие программы ИУС реального времени, внедренных в народное хозяйство.^ Теоретической и методической основой исследований являются: теория автоматического управления, теория случайных процессов, векторный анализ, теория вариационного исчисления, теория стохастических систем, проверка результатов с помощью компьютерного моделирования, широкое апробирование операционных систем реального времени на первых отечественных мини- и микро-ЭВМ.Практическая ценность и значимость диссертации прослеживаются в трех направлениях. 1. Разработанный теоретический аппарат и методики позволяют объяснить и устранить неоднозначности и ошибки, возникающие при попытках применить классический подход к построению ИУС, работающих в условиях случайных возмущений, помех и ограниченных интервалов наблюдения. Полученные количественные характеристики точности, учитывающие эти условия, создают надежную методическую базу для непосредственного построения рабочих алгоритмов ИУС разных иерархических уровней, использующих данные нормального функционирования объектов для их изучения и управления ими. 2. Программы операционных систем реального времени, разработанных автором лично и созданных под его руководством, позволили оснастить ими серийные мини- и микроЭВМ. Экономический эффект проведенных под руководством автора НИОКР по созданию програм- много обеспечения имеет порядок нескольких миллионов рублей. 3. Полученные теоретические результаты, методики и модели внедрены в учебный процесс МИЭТ – Московского государственного института электронной техники (технического университета) – в виде поставленного автором учебного курса «Программное обеспечение управляющих систем». ^ Реализация новых научных результатов работы Реализация в промышленности. При работе автора в качестве научного руководителя, главного конструктора, а также непосредственного исполнителя НИОКР в НИИ «Научный Центр» и НПО «Научный Центр» (работы входили в план важнейших работ Министерства электронной промышленности) получены следующие результаты:Создан стандарт предприятия «Операционная система для ЭВМ «Электроника-100», [43], 1974 г.Проведен комплекс работ по алгоритмизации и автоматизации технологических процессов на Южной промышленной зоне Зеленограда и построению на их базе распределенных систем управления ([44], [46]), 1975-82 г.г.Проведен комплекс работ по координации и методическому ру-ководству работами по АСУТП в подотрасли, [45], 1978-80 г.г. Созданы операционные системы для первых отечественных микроЭВМ, послужившие основой для разработки программного обеспечения ИУС и САПР ([47], [48]), 1982-83 г.г.Создана система автоматизации программирования для заказчиков от ракетно-космической фирмы ([50], [51]), 1983-86 г.г.Организованы совместно с МИЭТ первые в стране курсы по программированию на ДВК. Проведено обучение на них свыше 2000 слушателей, 1983-88 г.Кроме того, научные результаты диссертации использованы при проведении НИОКР в следующих организациях:В ОНИЛ МИЭТ - при построении системы выделения сигнала на фоне помех, 2004 г.В Таганрогском НИИ «Бриз» – при проведении НИОКР и решения задач распознавания гидролокационных целей, 2005 г.ОАО «ТЕЛЕКОМ», г. Москва – при выполнении ОКР по заказу РАСУ, 2005. В ООО «Систематика», г. Москва – при выполнении работ по автоматизации технологических установок первичной переработки нефти, 2006 г.В Зеленоградском ОУО Департамента образования г. Москвы – для обучения школьников в системе дополнительного образования, при разработке ими под руководством автора коллективных и индивидуальных проектов по информатике с доведением проектов до уровня Московских, Всероссийских и Международных конференций, а также безвозмездной передачей разработанных программ в школы, историко-краеведческий музей и медицинские учреждения. 1995-2006 г.г.В ОАО «ОТИК», г. Москва – при исследовании, разработке и апробации методик создания информационных программ для массовой аудитории СМИ как субъектов инновационной сферы, [52], 2004 г. Реализация в учебном процессе. Опыт разработок и освоения микроЭВМ, программирования для них, создания ИУС на их основе освещен в 5 монографиях (в том числе, 3 учебных пособиях), изданных центральными издательствами страны. Теоретические и методические разработки соискателя использованы им при постановке и преподавании в МИЭТ учебной дисциплины «Программное обеспечение управляющих систем», введенной в учебный план обучения студентов по специальности 220400 (ныне 230105 65) «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем» по решению Ученого совета вуза. За 15 лет этот курс освоили около 800 выпускников МИЭТ. Соискатель являлся экспертом от УМО при открытии специальности 220400 в 3 вузах России. Под руководством соискателя подготовлена и успешно защищена кандидатская диссертация (Е.Л. Румянцева, МИЭТ, 2005 г.) по созданию методов и алгоритмов функционирования ИУС контроля и сопровождения работ со структурно-параметрической самонастройкой.^ Апробация новых научных результатовОсновные результаты исследований были представлены на 20 международных, всесоюзных и всероссийских, академических, отраслевых и минвузовских форумах: Всесоюзная конференция «Автоматизация научных исследований на основе применения ЭВМ». – СО АН СССР, Новосибирск, 1974. V Всесоюзная школа «Автоматизация научных исследований». – Рига, 1975. VII Всесоюзное совещание по проблемам управления. – Минск, 1977. Первый Всесоюзный симпозиум по модульным информационно-вычислительным системам. – ИЯИ АН СССР, Москва, 1978. Всесоюзное совещание СОВЕТА ГЛАВНЫХ КОНСТРУКТОРОВ АСУП машиностроительных отраслей «Применение микропроцес- соров и микро-ЭВМ в АСУ». – Москва, 23-24 августа 1978 г. Научно-коммерческий курс обучения и передачи технологических знаний по локальным сетям МАР/ТОР.–г.Иваново,16-19 янв. 1990 г. Всероссийская научно-техническая конференция с участием зарубежных специалистов «Электроника и информатика–95».М.: МИЭТ, 1995 Вторая Всероссийская научно-техническая конференция «Электрони- ка и информатика – 97». Москва, МИЭТ, 1997 г. Третья Международная научно-техническая конференция «Электроника и информатика – XXI век». – М.: МИЭТ, 2000 г. IV Международная научно-техническая конференция «Электроника и информатика». – М.: МИЭТ, 2002 г. Заседание (Всероссийской) Учебно-методической комиссии по спе- циальности 220400 «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем» – г. Санкт-Петербург, «ЛЭТИ», 8-9 октября 2003 г. Расширенное заседание Учебно-методического объединения по специальности 351400 «Прикладная информатика в экономике» - г. Москва, Московский Государственный Университет Экономики, Статистики и Информатики, 09 декабря 2004 г. IV Международная конференция «Идентификация систем и задачи управления». – М.: Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН, 25-28 января 2005 г. V Международная научно-техническая конференция «Электроника и информатика». – М.: МИЭТ, 2005 г. III Международная научно-практическая конференция «Исследова- ние, разработка и применение высоких технологий в промышлен- ности» – С.-Пб, 2006 г. XIV Всероссийская школа-коллоквиум по стохастическим методам и VIII симпозиум по прикладной и промышленной математике (Сочи - Адлер, 29 сентября - 7 октября 2007 г.) Четвертая Международная научно-практическая конференция «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности». - С.-Пб, 2007 г. Всероссийская межвузовская научно-практическая конференция «Актуальные проблемы информатизации. Развитие информацион-ной инфрастуктуры, технологий и систем».- М.: МИЭТ, 2007 г. Общеинститутский семинар «Процессы управления» (рук. семинара – д.т.н., проф. А.Л.Фрадков) – С.-Пб: ИПМаш РАН, декабрь, 2007 г. VII Международная конференция «Идентификация систем и задачи управления». – М.: Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН, 28-31 января 2008 г.Публикации Основные результаты диссертации представлены в 42 печатных работах соискателя (17 работ – без соавт^ адаптивного управления (рис. 4). Рис. 4Оптимальные значения доступных для настройки параметров и на основании выражения (17) определяются в виде:. (18) Минимально достижимые потери при этом составляют:, (19) что позволяет количественно определить область целесообразности адаптивного управления или «потолок возможностей» системы в виде соотношения для границ области целесообразного управления как (20) В завершение раздела об адаптации предложена концепция введения элементов самонастройки в автоматизированные информационные системы, что позволит проводить их последующую модификацию без участия разработчика. Введена математическая модель оценки затрат, и выбор соответствующих структурных решений и инструментов при модификации системы приводится к минимизации функционала:. (21)В конце главы приведены методические положения анализа и синтеза ИУС, разработанные автором на основе проведенных исследований.В выводах к этой главе указано: 1. Впервые проведен количественный анализ эффективности дуального управления и определен оптимум в уровне допустимых флуктуаций входного сигнала. 2. Впервые проведен количественный анализ и синтез алгоритмов управления нелинейным динамическим объектом при наличии дрейфа, рассматриваемого как стационарный случайный процесс. Выделены инвариантные сочетания параметров полезного сигнала, помехи, дрейфа, статических и динамических характеристик объекта и системы управления, определяющие эффективность адаптивного управления. 3. Впервые получены соотношения для оптимального уровня параметров регулирования при решении задач дуального и адаптивного управления при случайных воздействиях и дрейфе. Показано, как область целесообразности управления («потолок возможностей» системы) зависит от крутизны характеристики объекта, сочетания свойств дрейфа и периода отсчетов, соотношения дисперсий помехи и дрейфа.В главе 7 описаны разработки информационного, программного итехнического обеспечения, проводившиеся на протяжении нескольких десятков лет и внедренные в промышленности и в учебном процессе. Для мини-ЭВМ «Электроника-100» разработана ОС реального времени, опередившая американские разработки. Широкому использованию этой ОС способствовало опубликование [1] полных текстов программ издательством «Советское радио». Там же освещена часть методик по обработке случайных процессов и борьбе со снижением точности представления данных в малоразрядной ЭВМ (проблема, исследованная акад. В.М. Глушковым, и актуальная при переходе на микроЭВМ).Первые «пилотные» информационно-управляющие системы на базе отечественных микроЭВМ ряда «Электроника НЦ» созданы под руководством соискателя и отмечены медалями ВДНХ СССР. АСОДУ «Электроника НЦ-26» внедрена на заводе «Ангстрем», АСНИ «Атомная адсорбция» позволила повысить эффективность использования дорогостоящего импортного прибора в 20 раз. О применении микро-процессоров и микро-ЭВМ написано учебное пособие [2], выпущенное издательством «Высшая школа» в серии книг «Микропроцессоры». Научные результаты соискателя по обработке случайных процессов и борьбе с дрейфом характеристик динамических объектов были использованы при работах по ав