Содержание № 4, 2021 г.

Обзоры

Широкий А.А., Калашников А.О. Применение методов естественных вычислений для управления рисками сложных систем (с. 3-20)

Аннотация. Представлен обзор моделей и методов естественных вычислений в контексте их применимости к решению задач управления рисками сложных систем. Обоснована эквивалентность задачи минимизации рисков задаче эффективного управления. Приводится общая постановка задачи управления рисками сложных систем в условиях неопределённости, описана структура фундаментальных и прикладных задач управления рисками. Наиболее известные модели и методы естественных вычислений кратко описаны и проанализированы с точки зрения их применимости для решения задач управления рисками по критериям формализма, универсальности и способности к обучению. Проведён анализ предпочтений научного сообщества в части применения тех или иных моделей и методов естественных вычислений для решения различных классов задач управления рисками. Сделаны выводы о перспективных с этой точки зрения подходах, которым в настоящий момент, на взгляд авторов, уделяется недостаточно внимания.

Ключевые слова: управление рисками, задача эффективного управления, естественные вычисления.

Англоязычная версия статьи

Анализ и синтез систем управления

Хлебников М.В., Квинто Я.И. Параметрическая функция Ляпунова для дискретных систем управления с внешними возмущениями: анализ  (с. 21-26)

Аннотация. В работе рассматривается линейная динамическая система в дискретном времени, подверженная воздействию произвольных ограниченных внешних возмущений, матрица которой принадлежит выпуклому аффинному семейству. Предложен простой подход к построению параметрической квадратичной функции Ляпунова для данной системы. В его основе лежит систематическое применение аппарата линейных матричных неравенств, а также полезный технический прием, позволяющий обособить матрицу системы и матрицу функции Ляпунова в матричного неравенстве, представляющем собой условие устойчивости системы. Этот прием достаточно известен, однако для динамических систем, подверженных воздействию неслучайных ограниченных внешних возмущений, он ранее не применялся. Как показывают результаты численного моделирования, использование предложенного подхода для построения параметрической функции Ляпунова для рассматриваемого класса систем приводит к заметно меньшему консерватизму по сравнению с использованием общей квадратичной функции Ляпунова.

Ключевые слова: динамическая система, линейная дискретная система, параметрическая квадратичная функция Ляпунова, общая квадратичная функция Ляпунова, ограниченные внешние возмущения, робастность, линейные матричные неравенства, задача анализа, консерватизм, структурированная матричная неопределенность.

Англоязычная версия статьи

Краснов Д.В., Антипов А.С. Синтез двухконтурного наблюдателя в задаче управления однозвенным манипулятором в условиях неопределенности (с. 27-39)

Аннотация. Для однозвенного манипулятора с электрическим исполнительным устройством рассмотрена проблема синтеза управления в форме динамической обратной связи, обеспечивающего отслеживание угловым положением манипулятора задающего сигнала в следующих предположениях: выходная (регулируемая) переменная не измеряется, датчики расположены только на электроприводе, на механическую подсистему действуют внешние и параметрические возмущения. В предположении о гладкости возмущений сформирован закон разрывного управления в терминах канонической системы «вход – выход», записанной относительно ошибки слежения. Для его реализации разработан двухконтурный наблюдатель с кусочно-линейными корректирующими воздействиями. В первом контуре с помощью наблюдателя электрической подсистемы восстанавливается регулируемая переменная, которая вместе с задающим воздействием служит для синтеза корректирующих воздействий во втором контуре. Второй наблюдатель строится на основе виртуальной системы «вход – выход» и восстанавливает смешанные переменные. Это – функции от переменных состояния, внешних воздействий и их производных, по которым формируется обратная связь. Порядок наблюдателей в каждом контуре понижен за счет отбрасывания динамики оцениваемых переменных, которые в задаче наблюдения трактуются как ограниченные возмущения. Представлена процедура настройки, обеспечивающая оценивание неизмеряемых внутренних и внешних сигналов с заданной точностью за заданное время при наличии аддитивного паразитного сигнала в корректирующих воздействиях. Приведены результаты численного моделирования.

Ключевые слова: электромеханическая система, слежение, инвариантность, скользящий режим, наблюдатель состояния и возмущения, кусочно-линейные функции. 

Англоязычная версия статьи

Управление в социально-экономических системах

Коренная К.А., Голлай А.В., Логиновский О.В. Модели управления промышленными предприятиями в условиях нестабильности внешней среды и необходимости технологического перевооружения (с. 40-49)

Информационные технологии в управлении

Промыслов В.Г., Семенков К.В. Применение метода Network Calculus для расчета временных характеристик систем управления с циклическим алгоритмом работы  (с. 50-65)

Аннотация. Рассмотрена проблема практического подтверждения временных характеристик цифровых систем управления. Показано, что задержка обработки и передачи информации нередко имеет функцию распределения, отличную от нормальной, следовательно, доверительные интервалы, рассчитанные в предположении о нормальном распределении, будут для таких систем не верны. Для оценки временных характеристик системы управления предлагается применять нестатистические методы оценки временных параметров. В качестве одного из таких методов рассматривается метод детерминированных сетевых исчислений – Network Calculus. Обсуждаются особенности практического применения метода Network Calculus для оценки параметров систем. Одной из основных особенностей метода является использование специальных ограничений на поток данных и производительность системы, задаваемых в виде конвертов потока и максимальных/минимальных кривых обслуживания. Указанные характеристики в общем случае заранее не известны. Предлагаются математические методы, позволяющие оценить эти характеристики при условии, что известны входные и выходные потоки данных для системы. Показано, что расчет характеристик существенно упрощается для систем, в которых используются циклические алгоритмы обработки данных, а скорость передачи данных по сети намного больше скорости обработки данных на вычислительных компонентах системы. Проведено имитационное моделирование и обсуждается соотнесение результатов для временных параметров системы, полученных с помощью метода Network Calculus, с результатами, полученными с помощью классических статистических методов оценивания. Приведен пример расчета временных параметров компонента реальной системы АСУ ТП АЭС с применением указанного метода.

Ключевые слова: производительность системы, временные характеристики, цифровые системы управления, Network Calculus, нестатистические методы оценивания.

Англоязычная версия статьи

Сорокин А.А. Применение кусочных функций для нормализации входных переменных систем нечеткого вывода (с. 66-81)

Аннотация. Предложен метод нормализации входных переменных, основанный на использовании кусочных функций. Метод предназначен для нормализации входных переменных систем нечеткого вывода (СНВ), которые используются для определения комплексной оценки состояния сложного объекта. Предлагаемый метод основан на разделении диапазона значений переменной на несколько интервалов (протяженность каждого из интервалов определяется с учетом специфики переменной) и последующем сопоставлении каждому интервалу определенной функции. Эта функция показывает закономерность изменения значения переменной на нормированной шкале относительно изменения значений переменной на ее абсолютной шкале. Совокупность таких функций для всего диапазона значений переменной образует оператор нормализации. При реализации предложенного оператора нормализации функции подбираются таким образом, чтобы после преобразования все входные переменные имели положительную корреляцию с выходной переменной. Это упрощает построение СНВ, потому что одноименные термы входных переменных после преобразования имеют одинаковое семантическое значение. Проведенное моделирование показало, что СНВ, в которых применяется предложенный метод нормализации, адекватны аналогичным СНВ, в которых нормализация входных переменных не производится. Предложенный метод нормализации позволяет сократить количество правил в базе знаний СНВ для случая, когда входные переменные имеют точку экстремума по влиянию на значение выходной переменной.

Ключевые слова: система нечеткого вывода, нормализация, входная переменная, база знаний, правило, комплексная оценка, обработка информации.

Англоязычная версия статьи

Барабанова Е.А., Вытовтов К.А., Подлазов В.С. Неблокируемые отказоустойчивые двухкаскадные дуальные фотонные коммутаторы (с. 82-92)

Аннотация. Продолжено развитие теории построения принципиально нового класса системных сетей – неблокируемых дуальных фотонных сетей со статической самомаршрутизацией. Данные сети обладают масштабируемостью, высоким быстродействием, свойственным фотонным системам, и сложностью, сопоставимой со сложностью полного коммутатора. Использование расширенного схемного базиса, состоящего из дуальных фотонных коммутаторов и отдельных фотонных мультиплексоров и демультиплексоров, позволяет добиться балансировки соотношений масштабируемость/быстродействие и сложность/быстродействие. В работе предложен метод построения двухкаскадной отказоустойчивой дуальной сети с указанными свойствами на основе сетей с топологией квазиполного графа и квазиполного орграфа и метода инвариантного расширения с внутренним распараллеливанием.

Ключевые слова: фотонный коммутатор, дуальный коммутатор, фотонные мультиплексоры и демультиплексоры, многокаскадный коммутатор, бесконфликтная самомаршрутизация, неблокируемый коммутатор, статическая самомаршрутизация, квазиполный орграф, квазиполный граф, коммутационные свойства, прямые каналы, масштабируемость,  быстродействие и отказоустойчивость.

Англоязычная версия статьи

печатная версия (PDF)

электронная версия (PDF)