CC BY
121
гулирования. М.: Наука, 1975. 768 стр.
I. V. Kapustin, A. V. Lukashenkov
RESEARCH AND INDEPENDENT INVERTER BOOST VOLTAGE CONTROL SYSTEM ANALYSIS
The approach method to developing mathematical model of independent inverter as boost voltage control system object. Research of influence instant out power on inverter input current pulsation. The method of the approached estimation of stability is offered.
Key words: control system, independent inverter, mathematical model, direct to alternate voltage converter.
Получено 20.11.12
УДК 004.896: 004.942
В.А.Фатуев, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, (4872) 36-97-83,
aius@tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
М.А.Сафронова, канд. техн. наук, доц., (4872) 33-05-08,
aius@tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
И.Ю.Родненкова, асп., (903) 714-59-20,
aius@tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
КОНЦЕПЦИЯ РАЗРАБОТКИ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СРЕДСТВ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ
Предложен подход к разработке систем поддержки принятия решений для управления динамическими системами в реальном времени. Рассмотрена архитектура инструментального средства для создания таких систем и основные этапы её проектирования.
Ключевые слова: система поддержки принятия решений, динамическая система, имитационное моделирование, сценарный подход, ситуационное управление.
Для современного этапа развития техники и технологий характерно динамичное, ускоренное изменение технологических условий. В связи с этим особую роль приобретает способность различных органов управления своевременно принимать соответствующие быстрые и эффективные меры. Обеспечить информационную поддержку их выработки и обоснования призваны системы поддержки принятия решения (СППР). Среди разнообразных инструментов, входящих в состав последних, важное место занимает имитационное моделирование как основа многовариантного прогнозирования и анализа систем высокой степени сложности [1].
Сущность метода имитационного моделирования - в математиче-
ском описании процессов, воспроизводящего функционирование изучаемой динамической системы [2]. Этот метод включает два этапа - построение комплекса динамических имитационных моделей и выполнение аналитических, прогнозных расчетов.
Одно из ключевых мест здесь занимает сценарный подход, позволяющий проводить многовариантный ситуационный анализ моделируемой динамической системы [3]. Сценарий является некоторой оценкой возможного развития на объекте управления. [4]. Каждый сценарий связывает изменение внешних условий с результирующими переменными.
Вопросам использования и развития методов принятия решений в различных отраслях посвящено большое количество научных работ таких российских и зарубежных авторов, как: Амелин С.В., Грешилов А.А., Данилин В.II., Дюран Б., Ким Дж.О., Клекка У.Р., Ларичев О.И., Леденева Т.М., Литвак Б.Г., Мюллер Ч.У., Николенко А.А., Одел П., Плещинский А.С., Тарасов Е.В., Тейл Г., Черноруцкий И.Г., Яворский В.В. и др., вопросы проектирования СППР находят отражение в работах таких авторов, как: Алтер С, Андреев А.Ф., Аристов С.А., Баин A.M., Беляев А.Ю., Дик В.В., Катулев А.Н., Кин П., Ларичев О. П., Ли С., Петровский А.В., Северцев Н.А., Степин Ю.П., Трахтенгерц Э.А., Флинн Р., Чернов В.Г., Эдвардс Дж. и др. Но акцент в них ставится на индивидуальный подход к проектированию СППР, вопросы проектирования и создания универсальных инструментальных средств, направленных на сокращение времени и стоимости проектирования за счет унификации модулей СППР, в основном не рассматриваются. [5].
Применение имитационного моделирования и сценарного подхода позволяет быстро строить эффективные СППР, предназначенные для решения ряда задач в различных отраслях и для управления различными потенциально опасными динамическими системами (технологическими процессами, магистральными газопроводами и т.п.)
Главной целью при создании инструментального средства "Спринт" для проектирования СППР являлась быстрая разработка интеллектуальной системы для эффективного управления потенциально опасными динамическими объектами и системами, путем оперативности получения информации о состоянии управляемого объекта или процесса, допуская при этом минимальный процент ошибки управления и уменьшая время на принятие оперативных управленческих решений.
Вспомогательными целями при создании СППР являлись: уменьшение времени на анализ и принятие решения лицом, принимающим решение (ЛПР), путем создания полной совокупности возможных альтернатив действий при управлении динамической системой;
уменьшение трудоёмкости деятельности экспертов при формировании альтернатив, создании и ведении баз знаний как на этапе проектирования СППР, так и на этапе эксплуатации;
создание удобного интерфейса для ЛПР и экспертов; повышение оперативности получения результатов и их оптимизация согласно уточненным данным.
Архитектура инструментального средства "Спринт" для создания СППР представлена на рис. 1.
ЛПР
Экперт
Инженер
Аналитик
Прозрё&йм ист
т.п.
Рис. 1. Архитектура инструментального средства "Спринт"
для создания СППР
Проектирование СППР - это итеративный и эволюционный процесс, в котором участвуют несколько специалистов: эксперт, специализирующийся в области управления динамическими объектами, обладающий знаниями о предметной области, а также специалисты в области искусственного интеллекта - инженеры знаний, аналитики и программисты.
При оценке проблемной области на этапе проектирования СППР для управления любым динамическим объектом или системой необходимо учитывать следующие факторы: легкость сбора данных, открытость и доступность данных, оправданность затрат на разработку системы, наличие экспертов, наличие необходимых ресурсов (ЭВМ, программного обеспечения и т. д.).
Процесс проектирования СППР включает пять этапов и представлен на рисунке 2.
Этап 1. Идентификация определения задач и идентификация их характеристик. На этом этапе устанавливаются задачи, которые предполагается решать, их характеристики и особенности. Одними из таких задач являются: проведение исследований в области технологии и обработки информации о динамическом объекте или системе, обоснование множества показателей для оценки состояния объекта, создание моделей и методов управления объектом, обеспечивающих обоснованность управленческих решений. Далее очерчивается круг пользователей
системы. Эти сведения помогают в дальнейшем правильно определить область знаний эксперта, определить функции системы и, как следствие, уровень необходимых знаний. В результате вырабатываются определенные требования к системе.
Рис. 2. Этапы создания СППР при управлении динамическими системами инструментальными средствами "Спринт"
Этап 2. Выделение главных концепций предметной области, которые отражают знания круга экспертов. Это дает возможность анализировать тип знаний, которыми оперирует эксперт. Таким образом, в результате выполнения этого этапа выявляются и формулируются понятия, определяющие выбор характерной схемы представления знаний эксперта о предметной области.
Этап 3. Выбор формализма представления знаний о динамическом объекте или системы и определение механизма вывода решений. Эти компоненты моделирования в значительной степени влияют на успешное решение поставленной задачи по проектированию СППР. Разработанная структура для представления знаний является основой для реализации следующего этапа - непосредственного построения базы знаний системы.
Этап 4. Выбор или разработка языка представления знаний. После того как правила сформулированы и представлены на выбранном языке представления, они заносятся в базу знаний и формируется хранилище данных.
Этап 5. Тестирование СППР.
Подсистемы стратегического и тактического прогнозирования и управления, необходимы:
1) для задания начального и конечного состояний динамического объекта управления;
2) для прогнозирования и планирования мероприятий по достижению необходимого конечного состояния объекта управления;
3) для выбора наилучших мероприятий по достижению необходи-
мого конечного состояния объекта управления;
4) Математический аппарат, лежащий в основе рассмотренных подсистем, приведен в [3].
Работоспособность СППР определяется путем решения проверочной задачи. При выявлении различных недостатков происходит обращение к тому или иному этапу разработки в зависимости от характера уточнений. При отсутствии каких-либо знаний в системе или их недостаточной определенности возвращаются к этапу 4 и по возможности вносят поправки. В случае если какие-либо знания, представленные экспертом практически невозможно представить в пределах формализма выбранной модели представления знаний, то возвращаются к этапу 3 и выбирают альтернативные модели или схемы представления знаний. Возможно, что причиной возврата может служить недостаточно адекватный базовый механизм логического вывода. Возникают ситуации, когда требуется уточнение задачи управления, так как исходная постановка была неправильной.
Обобщенная схема поддержки принятия решений для управления динамическими системами в реальном времени на основе ситуационных и регрессионных моделей представлена на рисунке 3.
Рис. 3. Структура принятия решений в СППР
215
Рассмотрим назначение основных элементов данной структуры. Блок формирования обстановки. Служит для формирования типа, размерности и диапазона значений параметров, характеризующих текущую обстановку. Конкретные значения всех или нескольких параметров могут либо генерироваться по определённому закону (блок формирования параметров), либо соответствовать реальной или заданной обстановке (ввод заданных параметров). Это позволяет снизить размерность задачи перебора всех возможных вариантов, т.е. проводить исследования только вблизи наиболее интересуемых состояний.
Работу блока кратко можно описать следующим алгоритмом: составления перечня всех параметров, используемых в выбранной модели;
вывод пользователю тех параметров списка, значение которых известно, а также величины этих параметров, источник информации и степень достоверности;
выбор пользователем параметров, которые в дальнейшем будут считаться достоверно известными;
выбор пользователем диапазона (например, шага) и закона изменения оставшихся параметров;
прогнозирование (примерный расчёт) времени, необходимого на моделирование всех вариантов;
анализ пользователем целесообразности данного диапазона варьирования значениями при полученных затратах времени для конкретной задачи тестирования;
в случае необходимости возврат на корректировку исходных условий моделирования отклонений.
Блок автоматизированного анализа эффективности. Он необходим для сравнительной оценки эффективности исследуемого и образцового алгоритмов. Используется информация о длительности и правильности принятия решения на данном этапе тестирования, а также информация об соответствующих значениях критериев на предыдущих циклах.
Анализ длительности. Служит для сравнения времени, необходимого на принятие решения образцовой и исследуемой системой.
Анализ правильности. Служит для сравнения правильности и степени уверенности в принятых решениях образцовой и исследуемой системами. В качестве критериев могут использоваться:
относительная длительность принятия решения (в процентах или относительных единицах);
правильность решений (в процентах или относительных единицах); средняя уверенность в правильности решения (в процентах или от-но сител ьных единицах).
Образцовая система. Это математическая модель, которая, на основании выбранного алгоритма принятия решения и соответствующих
значений параметров и коэффициентов их значимости, формирует решение, которое считается правильным.
Исследуемая система. Это математическая модель динамической системы. Она на основании выбранного алгоритма принятия решения и соответствующих значений параметров и коэффициентов их значимости, формирует решение, правильность которого, а так же сам процесс поиска которого подлежат дальнейшему изучению и уточнению.
База алгоритмов принятия решений. Комплекс подпрограмм, реализующих различные алгоритмы и методы принятия решений, а также связанные с каждым методом набор процедур определения характеристик их эффективности.
Память о предыдущих циклах. Информация необходима для реализации многих алгоритмов адаптации.
Выбранный и образцовый алгоритмы. Алгоритмы принятия решений, выбранные из базы всех определённых алгоритмов управления. Выбор производится индивидуально для образцовой и исследуемой системы в зависимости от задач анализа и тестирования.
Коэффициенты. Весовые коэффициенты, характеризующие относительную значимость критериев или другие подбираемые переменные для выбранного алгоритма принятия решения образцовой или исследуемой системы.
Кроме того, для обеспечения большей безопасности и защиты от возможных ошибок для использования в реальных динамических системах СППР, предусмотрена разработка и внедрение целого комплекса административных и технических мер контроля достоверности информации.
Использование инструментального средства "Спринт" для проектирования СППР позволит:
создавать открытые для модернизации и развития СППР для управления динамическими объектами (за счет переноса программной реализации методов принятия решений, из общего откомпилированного кода программного обеспечения, в самостоятельный модуль);
качественно повысить уровень и скорость работы инженерно-технического персонала по проектированию СППР [5].
Практический результат в виде программного продукта для проектирования систем поддержки принятия решений даст возможность ускорить процессы разработки СППР и сделать использование систем поддержки принятия решений более эффективным и массовым в различных областях.
Список литературы
1. Кононов Д. А. Формирование сценарных пространств и анализ динамики поведения социально-экономических систем / Д.А. Кононов,
В.В. Кульба, С.С. Ковалевский, С.А. Косяченко. М.: ИПУ РАН, 1999. 104 с.
2. Емельянов А.А., Власова Е.А., Дума Р.В. Имитационное моделирование экономических процессов. М.: Финансы и статистика, 2006. 416 с.
3. Фатуев В.А., Сафронова М.А. Управление динамическими системами с использованием ситуационных и регрессионных моделей // Известия ТулГУ. Технические науки. В. 2. Тула, 2012. С. 118-127.
4. Цыгичко В.Н. Руководителю - о принятии решений. М.: ИНФРА-М, 1996. 272 с.
5. Семенова И.И. К вопросу разработки инструментальных средств для типового проектирования систем поддержки принятия решений // Современные наукоемкие технологии. 2010. № 4. С. 94-95.
6. Головина Е.Ю. Архитектура инструментального средства для создания динамических нечетких систем поддержки принятия решений // Науч. сессия МИФИ-2001. Сб. науч. тр. в 14 т. Т.3. Банки данных. Интеллектуальные системы. Программное обеспечение. М.: МИФИ, 2001. С. 9091.
7. Андрианов Д.Л. Имитационное моделирование и сценарный подход в системах поддержки принятия решений / Д. Л. Андрианов, Г.К. Полушкина, М.Н. Балаш // Проблемы теории и практики управления, 2002. № 5. С. 74-75.
8. Кини Р.Л., Райфа X. Принятие решений при многих критериях: предпочтения и замещения / пер. с англ. М.: Радио и связь, 1981. 560 с.
9. Ларичев О.И., Петровский А.В. Системы поддержки принятия решений. Современное состояние и перспективы их развития. // Итоги науки и техники. Сер. Техническая кибернетика. Т. 21. М.: ВИНИТИ, 1987, С. 131-164.
10. Синюк В.Г., Котельников А.П. Системы поддержки принятия решений: основные понятия и вопросы применения. Белград: Изд-во Бел-ГТАСМ, 1998. 78 с.
11. Терелянский П.В. Системы поддержки принятия решений. Опыт проектирования: монография / П.В. Терелянский; ВолгГТУ. Волгоград, 2009. 127 с.
V.A.Fatuyev, M.A.Safronova, I.Yu.Rodnenkova
THE CONCEPT OF DEVELOPMENT OF TOOLS FOR DESIGN OF SYSTEMS OF SUPPORT OF DECISION-MAKING AT MANAGEMENT OF DYNAMIC SYSTEMS
The approach to development of systems of support of decision-making for management of dynamic systems in real time is offered. The architecture of tool means for creation of such systems and the main stages of its design is considered.
Key words: system of support of decision-making, dynamic system, imitating modeling, scenario approach, situational management.
Получено 20.11.12
