CC BY
16Решетнеескцие чтения. 2015
б 7
Рис. 2. Зависимость среднеквадратичной ошибки от коэффициента размытости ядра (2-мерный случай)
Как видно из рис. 2, данная зависимость плавная, и в ней нет локальных минимумов. В связи с этим можно проводить оптимизацию ея при помощи метода деформируемого многогранника [2].
Заключение. В докладе продемонстрировано, что нет необходимости в оптимизации коэффициента размытости ядра для каждого входного воздействия.
Библиографические ссылки
1. Цыпкин Я. З. Адаптация и обучение в автоматических системах. M. : Наука, 1968. 400 с.
2. Рубан А. И. Методы анализа данных : учеб. пособие. 2-е изд., испр. и доп. Красноярск : ИПЦ КГТУ, 2004. 319 с.
3. Prayoth Kumsawat. A Genetic Algorithm Optimization Technique for Multiwavelet - Based Digital Audio Watermarking // EURASIP J. on Advances in Signal Processing. 2010. Vol. 1. P. 15-25.
После этого вектор коэффициентов размытости ядра будет оптимизироваться при помощи генетического алгоритма [3].
Вычислительный эксперимент. Моделируемый процесс имеет два входных воздействия и один выходной параметр. Обучающая выборка была взята в количестве 300. Помеха, воздействующая на объект, была равна 7 %. Критерием оптимизации была выбрана среднеквадратичная ошибка ст:
(1 —
ст = 4 -X (^ - ^ (3)
V п ¡=-
Выведем результаты в виде таблицы, по которой видно, что оптимизация вектора коэффициента размытости занимает во много раз больше времени, чем оптимизация скалярного значения, при этом модель практически не становится лучше.
References
1. Zipkin Ya. Adaptatsiya i obuchenie v avtomaticheskikh sistemakh [Adaptation and learning in automatic systems]. Nauka 1968, pp. 400.
2. Ruban A. I. Metody analiza dannykh [Methods of Data Analysis] : A Tutorial. Krasnoyarsk: CPI KSTU. 2004. Vol. 2, pp. 319.
3. Prayoth Kumsawat. [A Genetic Algorithm Optimization Technique for Multiwavelet - Based Digital Audio Watermarking] EURASIP Journal on Advances in Signal Processing. 2010, Vol. 1, pp. 15-25.
© MHXOB E. £., 2015
Результаты оптимизации cs
Метод оптимизации Оптимизируемый Время нахождения опти- Среднеквадратичная
параметр мального cs, миллисекунд ошибка б
Метод деформируемого многогранника Вектор ея 1 118 0,750 869
Метод деформируемого многогранника Скаляр ея 100 0,755 853
Перебор возможных значений Вектор ея 26 808 0,780 678
Перебор возможных значений Скаляр ея 934 0,781 02
Генетический алгоритм Вектор ея 39 067 0,758 035
Генетический алгоритм Скаляр ея 37 028 0,761 118
УДК 681.3
ПРОБЛЕМА СИНТЕЗА СТРУКТУРЫ АСУ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИ
К. О. Нечаева
Красноярский государственный аграрный университет Российская Федерация, 660140, г. Красноярск, ул. Елены Стасовой, 14 E-mail: [email protected]
Одним из наиболее важных этапов при создании новых и совершенствовании существующих АСУ космическими аппаратами является разработка структуры управляющей системы. Данная проблема требует учета множества функций и задач управления космическими аппаратами. Представлено формальное описание проблемы синтеза оптимальной структуры АСУ космическими аппаратами.
Ключевые слова: АСУ, космические аппараты, структура, синтез.
Математические методы моделирования, управления и анализа данных
PROBLEM OF SYNTHESIS OF THE STRUCTURE OF SPACECRAFT CONTROL SYSTEM
K. O. Nechaeva
Krasnoyarsk State Agrarian University 41, Elena Stasova Str., Krasnoyarsk, 660140, Russian Federation E-mail: [email protected]
One of the most important stages in the creation of new spacecraft control systems and improvement of existing ones is the development of the system structure. This problem requires consideration of variety of functions and tasks of spacecraft control. The article presents a formal description of the problem of synthesis of optimal structure of spacecraft control system.
Keywords: control system, spacecraft, structure, synthesis.
Одной из характерных особенностей современного < развития АСУ космическими аппаратами является усложнение структуры различных подсистем, вклю- , чая компоненты космического базирования, что, в первую очередь, обусловлено ростом размеров и ( сложности процессов обработки и передачи инфор- < мации и процессов управления самими подсистемами. Это выдвигает ряд проблем, связанных с научно < обоснованным построением структуры таких систем, эффективным формированием состава подсистем пе- < редачи и обработки информации, включая космиче- , ский сегмент [1]. Актуальными являются вопросы ] постановки и формализации задач синтеза структур, разработки оптимизационных и имитационных моделей, а также построения на их основе процедур синтеза структуры систем, позволяющих учитывать дина- , мику функционирования элементов системы [2; 3]. ]
В связи со сложностью постановки и решения за- ] дач синтеза структуры сложных систем наибольший эффект от их использования может быть достигнут в настоящее время при создании крупномасштабных и типовых систем массового использования, в частности, АСУ космическими аппаратами. Существенное влияние на структуру систем управления оказывает развитие средств вычислительной техники наземного комплекса АСУ космическими аппаратами (появление многопроцессорных и многомашинных вычислительных комплексов и сетей ЭВМ), а также бортовых вычислительных комплексов и систем обмена информацией [4]. Все это увеличивает число анализируемых ] вариантов построения системы, повышает требования к эффективности и качеству принимаемых проектных решений по выбору и дальнейшему развитию структуры системы.
АСУ космическими аппаратами включают следующие элементы: наземные измерительные пункты (НИП), расположенные на территории страны, мор- < ские измерительные пункты и станции слежения, ба- ] зирующиеся на научно-исследовательских судах (НИС), узлы связи (УС), спутники связи (СС), центры ] обработки научной информации (ЦОНИ) и центр управления полетами (ЦУП). ;
Наземные измерительные пункты размещаются таким образом, чтобы своими зонами радиовидимости (зонами доступности) они перекрыли возможно большую часть территории, над которой пролетают летательные аппараты [5]. Морские НИПы непосред- <
ственно перед запуском занимают определенные места в акватории Мирового океана. Типовой НИП содержит станции приема телеметрической информации, траекторных измерений, передачи команд на борт летательных аппаратов, приема информации и спутниковой связи, групп управления, баллистических расчетов и оперативной обработки телеметрической информации и службу единого времени.
Одной из важнейших управленческих функций системы является проведение орбитальных измерений для прогнозирования параметров орбиты летательного аппарата. Траекторные измерения начинаются сразу же после выведения аппарата на орбиту, по их результатам рассчитываются параметры движения и время его очередного прохождения в зоне радиовидимости НИПов. Как правило, траекторные измерения производятся с нескольких НИПов, так как измерений, выполненных в одной точке земного шара, недостаточно для точного определения и прогнозирования параметров движения. Траекторная информация от НИПов поступает в ЦУП, где баллистическая группа определяет точную орбиту, накладывает ее на расчетную и в зависимости от результатов принимает решение о целесообразности ее коррекции, о соответствии или несоответствии орбиты программе полета.
Информация о режимах функционирования оборудования и аппаратуры, а также данные о научно-технических экспериментах и исследованиях, проводимых на борту аппаратов, принимаются радиотелеметрическими станциями на НИПах и НИСах и по каналам связи передаются в ЦУП. Часть информации может оперативно обрабатываться непосредственно на НИПах. Информация анализируется специалистами, делается заключение о состоянии приборов и систем аппарата, принимается решение об осуществлении тех или иных управляющих воздействий. Помимо оперативной обработки телеметрическая информация проходит полную обработку, результаты которой используются учеными, конструкторами для оценки работы системы.
Проблема синтеза структуры АСУ космическими аппаратами включает выбор числа уровней и подсистем управления (иерархии управления); согласование целей подсистем различных уровней; создание контуров принятия решений; оптимальное распределение выполняемых функций (задач, информационных массивов и процедур) по уровням и узлам системы;
Решетневские чтения. 2015
выбор структуры технических средств передачи и обработки информации.
Пусть P - множество возможных принципов пе P построения системы или ее элементов (возможные принципы функционирования системы обычно заданы, и при синтезе системы осуществляется выбор некоторых принципов из множества Р); F - множество взаимосвязанных функций, выполняемых системой управления (каждому набору п принципов построения системы соответствует некоторое множество функций F(п), из которого при проектировании системы необходимо выбрать подмножество f е F(п), достаточное для реализации выбранных принципов управления п); А - множество возможных взаимосвязанных элементов системы (подобными элементами могут быть узлы системы, технические средства, пункты обслуживания, коллективы людей и т. д.).
Тогда задача синтеза оптимальной (рациональной) структуры АСУ космическими аппаратами состоит в определении множества принципов построения (пе P), множества функций, выполняемых системой (f е F(п)), множества элементов, способных реализовать выбранные принципы и выполнить функции (A е A), а также в определении оптимального отображения элементов множества f на элементы множества A, обеспечивающего требуемые характеристики функционирования системы.
Таким образом, при создании новых и совершенствовании существующих АСУ космическими аппаратами важным этапом является разработка структуры системы. При этом выбираются принципы построения системы, определяется перечень функций и задач управления, которые должна выполнить система в соответствии с выбранным принципом.
Библиографические ссылки
1. К проблеме синтеза распределенных информационно-аналитических систем поддержки принятия решений / П. В. Зеленков [и др.] // Фундаментальные исследования. 2013. Вып. 4. Ч. 2. С. 286-289.
2. Синтез и управление развитием кластерных структур АСУ космических систем / Р. Ю. Царев [и др.] // Вестник СибГАУ. 2012. Вып. 2(42). С. 80-84.
3. Аналитико-имитационная процедура формирования структуры АСУ космических систем связи и навигации / Р. Ю. Царев [и др.] // Вестник СибГАУ. 2013. Вып. 2(48). С. 105-110.
4. Черниговский А. С., Царев Р. Ю. Оптимизация сетевого плана методом случайного поиска с пересчетом с переменной величиной шага // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 1. URL: http://www.science-education.ru/121-19190 (дата обращения: 20.08.2015).
5. Zelenkov P. V. [et al.] Definition of the topological structure of the automatic control system of spacecrafts // Reshetnev Readings. IOP Conference Series : Materials Science and Engineering 17. Сер. XVII International Scientific Conference. 2015. С. 012013.
References
1. Zelenkov P. V., Kayukov E. V., Tsarev R. Yu., Shtarik E. N., Shtarik A. V. [To the problem of synthesis of distributed information-analytical decision making support systems] // Fundamental'nye issledovaniya, 2013. Vol. 4, no. 2, рp. 286-289 (In Russ.).
2. Tsarev R. Yu., Kapulin D. V., Shtarik A. V., Shtarik E. N. [Synthesis and development management of cluster structure of automated control system of space systems] // Vestnik SibGAU, 2012. Vol. 2, no. 42, рp. 8084 (In Russ.).
3. Tsarev R. Yu., Prokopenko A. V., Litoshik S. V., Zelenkov P. V., Brezitskaya V. V. [Analytical and simulation procedure of formation of structure of ACS of space communication systems and navigation] // Vestnik SibGAU, 2013. Vol. 2, no. 48, рp. 105-110. (In Russ.)
4. Chernigovskiy A. S., Tsarev R. Yu. [Optimization of a net schedule by random search method with recalculation with variable step size] // Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya, 2015, no. 1. URL: http://www.science-education.ru/121-19190 (In Russ.).
5. Zelenkov P. V., Karaseva M. V., Tsareva E. A., Tsarev R. Y. Definition of the topological structure of the automatic control system of spacecrafts (2015) IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 17. Series: XVII International Scientific Conference "Reshetnev Readings". 2015. Pр. 012013.
© Нечаева К. О., 2015
