XI Международный научно-технический семинар

Промышленные АСУ и контроллеры. – № 3. – 2003.

XI Международный научно-технический семинар "Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации"

Опубликовано в журнале "Промышленные АСУ и контроллеры", № 3, 2003.

Осенью 2002 г. в г. Алуште на базе отдыха МАИ прошел XI Международный научно-технический семинар "Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации". В работе семинара и его трудах приняли участие ученые, специалисты и студенты ведущих вузов страны (МГУ, МАИ, МИФИ, МГАПИ, МЭИ, МИРЭА, МГТУ, С-ПГТУ, МГТУ, ЛЭТИ, КАИ, Уфимского государственного авиационного университета, Московской академии предпринимательства при Правительстве Москвы, Жешовского политехнического института, Польша), научно-исследовательских институтов (ЦНИИАГ, МИТ, НИИРО, ЛИИ, ФГУП "МКБ Факел", ГНЦ ЦНИИ "Электроприбор", ФГУП "Концерн Системпром", ЗАО "Гравиметрические технологии", Федерального центра двойных технологий "Союз", НТЦ "Астра-Тех", Павловского машиностроительного завода "Восход", ФГУП МОКБ "Марс", ЗАО "Контур-Софт", ЗАО "ИКТ-Консалт", АО "ИНЭЛТ", ИнтерСистемз Корп, компании "АйТи Информационные технологии"), учёные РАН (ИПУ, ИРЭ, ИПМ). Всего в работе семинара участвовало более 230 человек.

На семинаре работало 8 секций:

  • интеллектуальные системы управления и принятия решений (17 докладов);
  • информационные технологии при построении средств обработки информации, экспертных систем и интеллектуальной поддержки в области административного управления и экономики (44 доклада);
  • современные технологии при построении средств автоматики (31 доклад);
  • нейронные сети и устройства нечеткой логики (15 докладов);
  • интеллектуальные системы и самообучение (23 доклада);
  • современные технологии в задачах разработки двигательных установок автоматизированного привода (25 докладов);
  • современные технологии в проектировании авиакосмических систем (38 докладов);
  • информационные технологии в измерительных и вычислительных системах и сетях (59 докладов).

На пленарных заседаниях были заслушаны четыре доклада.

В докладе В.В. Слепцова из МГАПИ на тему "Синтез алгоритмов управления гибких производственных систем" были рассмотрены различные подходы к синтезу алгоритмов управления сложных гибких производственных систем.

В докладе Б.А. Щукина из МИФИ на тему "Информационные технологии для человека и отечества" были рассмотрены философские вопросы информационных технологий и понятия "информатика" как информационной автоматики. Содокладчик В.А. Федоров из ИнтерСистемз Корп. рассмотрел пострелляционную СУБД Cache компании InterSystems. Эта база представляет собой полностью интегрированную высокопроизводительную систему управления БД и среду быстрой разработки современных приложений, ориентированных на обработку транзакций. Было отмечено, что это промышленная СУБД, предназначенная для создания OLTP-приложений с большим количеством приложений. Большое внимание в докладе было уделено Программе KAMPUS-Cache взаимодействия с вузами.

В докладе В.М. Лохина, С.В. Манько и М.П. Романова из МИРЭА на тему "Интеллектуальные системы управления" был проведен сравнительный анализ различных интеллектуальных технологий, который позволил выделить ряд общих для них черт. Причем показано, что главная черта связана с использованием классификации тех или иных понятий в качестве средства для установления связей между отдельными явлениями рассматриваемой предметной области. Было отмечено, что эта особенность имеет ключевое значение для разработки принципов организации интеллектуального управления на основе применения современных технологий обработки знаний. Практическая реализация концепции интеллектуального управления на основе технологии ассоциативной памяти предполагает наличие развернутой БЗ о принципах построения и целях функционирования системы, специфике использования различных алгоритмов, особенностях ИМ и ОУ. Было отмечено, что в этом случае классификационный анализ имеющихся знаний с учетом текущих показаний измерительно-информационных средств обеспечивает параметрическую и структурную настройку управляющих алгоритмов, модификацию программы достижения целей управления, а при необходимости и их коррекцию. Полученные теоретические результаты были применены для разработки систем управления беспилотными летательными аппаратами (БЛА) и проверены на компьютерных моделях. В докладе было отмечено, что существенное повышение уровня тактико-технических характеристик и функциональных возможностей создаваемых образцов БЛА и дистанционно-управляемых ЛА во многом обеспечивается за счет комплексного применения новых подходов к построению систем управления, обработки информации, навигации и связи на основе широкого использования передовых информационных и сетевых технологий, методов и технологий искусственного интеллекта и ряда других технологий. Отмечалось, что уровень отечественных достижений в области искусственного интеллекта и интеллектуального управления не только не уступает зарубежному, но и в ряде случаев превосходит мировой уровень.

Доклад А.А. Егорова, В.Г. Осипова (МАИ) был посвящен разработанному и внедренному в МАИ Учебно-научному комплексу (УНЦ) нового поколения для подготовки высококвалифицированных специалистов в области интеллектуальных систем измерения, контроля и управления в авиационной и ракетно-космической промышленности. Центр базируется на трех основных составляющих. Первая – проведение по заказу промышленности оплачиваемых научно-исследовательских и опытно-конструкторских хоздоговорных работ. Вторая – Научно-учебный центр МАИ "Интеллектуальные системы измерения, контроля и управления в аэрокосмической промышленности", который интегрирует разработанные в рамках НИОКР типовые аппаратно-программные решения для задач: измерений, обработки результатов измерений, регистрации и отображения, контроля, диагностики и управления. Решения построены на базе открытых технологий, с применением международных стандартов. Третья составляющая – учебно-научный полигон.Принципы, положенные в основу учебно-научного полигона, позволили: создать лабораторную аппаратно-программную среду – конструктор для преподавателя и инструмент для научных исследований; обучать студентов 1-5 курсов на единой учебно-методической базе (возможно более чем по 80 специальностям).

В докладе А.А. Боголюбова, Г.Н Лебедева, С.П. Фирсова (МАИ) рассматривалась возможность применения интеллектуальной системы наведения ЛА на цель с помощью нейронной сети, на основе сети Кохонена. В качестве объекта наведения была взята ферма моста. При управлении ЛА в сложной динамической обстановке, в частности, при наведении в точку посадки или на другой наземный ориентир, возникает необходимость применения методов искусственного интеллекта для распознавания динамической сцены и формирования закона управления. Для того, чтобы избежать трудоемких операций, и сокращения времени вычислений целесообразно использовать искусственную нейронную сеть. Однако в рассматриваемых случаях число наблюдаемых ориентиров может изменяться и часто непредсказуемым образом (из-за облачности, задымления и других факторов). Рассмотрению принципов построения, структуре и моделированию интеллектуальной системы управления самолетом (ИСУС) в критических ситуациях посвящен доклад В.Н. Жидкова. Система предназначена для компенсации несоответствия между маневренными возможностями современного истребителя и психофизическими возможностями пилота. Прогнозируя психофизическое состояние пилота после выполнения планируемого маневра, система определяет действия, необходимые для спасения пилота и самолета. Система реализована на основе искусственной нейронной сети ART.

В докладе Н.Ю. Лысова (МИРЭА) рассматривается аппаратно-программный комплекс для исследования быстродействующих следящих систем с интеллектуальными регуляторами. Особенностью комплекса является его компактное исполнение, ориентированное на использование в исследовательских задачах, проведение лабораторных работ, выставок, применение в коммерческих проектах. Комплекс состоит из инструментального ПК, силового модуля, объединенного с управляющим контроллером, и объекта – двух двигателей постоянного тока, соединенных муфтой.

Доклад В.М. Волкова (МАИ) посвящен разработке метода, позволяющего упростить проектирование и разработку АСУ, адаптированных к смене предметной области или изменению постановки задачи при эксплуатации. Особо эффективно использование этого метода в АСУ, использующих иерархические БД. При решении задач управления инженеры нередко сталкиваются с необходимостью учитывать возможность изменения постановки задачи при эксплуатации АСУ. Такие изменения постановки могут быть обусловлены как желанием заказчика применить полученное решение в другой предметной области, так и изменениями в самой предметной области, для которой решалась задача управления. Метод основан на применении деревьев принятия решений в АСУ.

Рассмотрению методов и средств построения имитационных моделей сложных технических систем для интегрированных экспертных систем РВ посвящен доклад В.М. Рыбина и Г.В. Рыбиной (МИФИ). В нем отмечалось, что доминирующие в последнее время тенденции и интеграции исследований в различных областях особенно ярко проявляются при создании динамических интегрированных экспертных систем реального времени (ИЭС РВ). В этом случае необходимо обеспечить: моделирование внешнего мира и различных его состояний; представление, хранение и анализ изменяющихся во времени данных, поступающих от внешних источников; выполнение одновременных временных рассуждений о нескольких асинхронных процессах и обеспечение механизма рассуждений при ограниченных ресурсах и др. В связи с этим существенно изменяется архитектура ИЭС РВ, т.nbspк. модифицируются все базовые компоненты статической ИЭС и добавляются две новые подсистемы – моделирования внешнего мира и сопряжения с реальным оборудованием, а также значительно изменяется и технология создания ИЭС РВ, определяемая используемыми ИС.

Некоторым аспектам применения микропроцессорных контроллеров в системах автоматического управления посвящен доклад Анисимова Д.Н., Крючкова А.И. (МЭИ). В докладе рассматриваются некоторые проблемы, связанные с применением микропроцессорных контроллеров в СА. В основном это относится к их алгоритмическому обеспечению. Предложен подход, позволяющий осуществить поверку алгоритмов управления, заложенных в современных контроллерах. В настоящее время ПЛК являются одной из главных составляющих большинства промышленных систем. ПЛК обладают большими возможностями по программированию (которое может быть осуществлено при помощи ПО персональной ЭВМ, функциональных блоков, карманных программаторов) и по использованию локальных сетей (таких как Ethernet, Arcnet), а также оптоволоконных и радиосетей. Российский рынок ПЛК достаточно широко представлен продукцией как отечественных, так и зарубежных производителей (Modicon, Siemens, Alien-Bradley, Коуо и др.).

В докладе Л.А. Борисова (МКБ "НИИХимавтоматика"), Ю.О. Резника (МАИ) рассмотрена автоматизированная система управления промышленным хроматографом. Трехуровневая микропроцессорная система управления промышленным хроматографом построена на принципах открытых архитектур, обеспечивает автономную работу прибора при контроле качества продукта в непрерывном технологическом цикле. Первый уровень системы – измерительная часть – использует современный АЦП в интегральном исполнении на 24 двоичных разряда и простейший микроконтроллер типа AVR компании Atmel. Здесь используются стандартные интерфейсы SPI и RS-232. Второй уровень системы обеспечивает прием измерительных данных, управление клапанами пробоотборников, системами стабилизации температур токов детекторов. На этом уровне также осуществляется первичная обработка измерительных данных, их долговременное хранение и выдача по запросу на верхний уровень для окончательной обработки и представления оператору. Центральным элементом второго уровня является промышленный контроллер с микропроцессором типа Motorola 68302, снабженный ОС РВ типа OS9. Верхний уровень системы управления (АРМ оператора) выполнен на ПЭВМ. Он снабжен интерфейсом, дружественным для пользователя, и обеспечивает архивацию данных, расчет характеристик хроматограмм, трендов и т.п.

Способам изменения качества управления объектом при помощи нечеткого логического регулятора посвящен доклад Д.Н. Анисимова, Е.А. Прохорова, С.В. Симина (МЭИ). В докладе рассматриваются свойства нечетких логических регуляторов (НЛР) при изменении логических базисов. Проведен анализ статических характеристик НЛР и их влияния на качество управления динамическими объектами. Даются рекомендации по использованию различных логических базисов. Интеллектуальным системам оперативного контроля и предупреждения экстремальных ситуаций на испытательных стендах был посвящен доклад А.А. Егорова и В.В. Князевой (МАИ). Было отмечено, что построение системы оперативного контроля и предупреждения экстремальных ситуаций и ее подсистем соответствует принципам построения больших адаптивных (самообучающихся) систем с накоплением (архивированием) и анализом опыта контроля экстремальных ситуаций и поэтапным совершенствованием и вводом в эксплуатацию отдельных подсистем ввода/вывода измерительных данных. При авариях на промышленных и энергетических объектах возможным вариантом развития событий является выброс вовнутрь зданий горючих веществ с последующим образованием газовоздушной смеси, взрывное горение которой представляет значительную опасность для персонала, технологического оборудования и строительных конструкций здания. В докладе представлена разработанная методология построения алгоритмического и программно-аппаратного обеспечения системы оперативного контроля и регистрации экстремальной пожароопасной ситуации (СОКР ЭПОС) испытательных стендов.

В докладе С.В. Киор (МИРЭА) рассмотрены вопросы аппаратной реализации нейронных сетей на базе ПЛИС. Аппаратно-нейронная сеть может быть реализована на базе оптико-электронных технологий, аналоговой электроники, специализированных нейро-процессоров, СБИС, ПЛИС. К преимуществам нейронных сетей, построенных на технологии ПЛИС, относятся дешевизна, простота расширения, высокое быстродействие и возможность каскадирования. Основной принцип построения цифровых нейронных сетей на ПЛИС и СБИС – использование параллельных структур, взаимодействующих синхронно. Нейроны соединяются при помощи параллельных мультиплексированных шин. Была реализована схема цифровой многослойной нейронной сети обратного распространения для управления скоростью вращения ведущих колес мобильного робота "Электроника НЦТМ-25М" и проведены модельные эксперименты, результаты которых подтвердили эффективность развиваемого подхода.

Программно-аппаратной реализации электронной части оптоэлектронного процессора (ОП), работающего по алгоритму DMAC, был посвящен доклад А.А. Егорова, С.Ю. Соловьёва (МАИ) и Г.Е. Паппэ (НИИРО). Разрабатываемый НИИРО ОП представляет собой оптоэлектронный вектор-матричный перемножитель, использующий многоуровневые вычисления по алгоритму обработки цифровых сигналов DMAC (Digital Multiplication via Alon Convolution). Алгоритм состоит в получении дискретной свертки последовательностей цифр, представляющих перемножаемые числа в некоторой системе счисления. Полученная последовательность интерпретируется как запись результата перемножения в смешанном коде. ОЭП предназначен для управления диаграммой направленности фазированной антенной решетки (ФАР). В качестве основной элементной базы для построения электронной части ОЭП выбраны программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС) системного уровня интеграции семейства FPSLIC фирмы Atmel. Микросхемы FPSLIC содержат на кристалле три составные части: матрицу программируемых пользователем логических блоков (Field Programmable Gate Array – FPGA) логической емкости от 10000 до 40000 эквивалентных вентилей, статическое ОЗУ объемом до 36 Кбайт с временем доступа 15 не и ядро RISC-микроконтроллера ATmegal61 семейства AVR, работающее на частоте до 40 МГц. Важным достоинством ПЛИС семейства FPSLIC является возможность динамической реконфигурации матрицы FPGA. Заданный алгоритм управления и обработки данных реализован в виде программно-аппаратного комплекса, конфигурация аппаратной части которого выполнена на языке описания цифровых устройств VHDL, алгоритмы обмена данными написаны на языке АССЕМБЛЕР микроконтроллеров семейства AVR.

Доклад А.П. Хныкина и М.В. Гладышева (МГАПИ) был посвящен вопросам моделирования нечеткого контроллера робота-манипулятора модульного типа РПМ-25. Данная модель робота имеет шесть степеней свободы. В докладе отмечалось, что основная область применения нечеткой логики – электронные системы различного назначения, от систем оценки глобального загрязнения атмосферы и предсказания землетрясений до АСУ заводских цехов и ТП. Основные виды и характеристики структур информационно-измерительной системы промышленного робота рассмотрены в докладе О.А. Голотенковой (МГАПИ). Основной задачей исследования промышленного робота является синтез такой структуры ИИС, которая обеспечила бы минимальный цикл обмена информацией между модулями и необходимый объем передаваемой информации.

В докладе Б.А. Кораблева (ФГУП "МКБ Факел") и А.В. Шаронова (МАИ) рассматривалось информационное обеспечение компьютерной системы управления полунатурными неразрушающими динамическими испытаниями объектов новой техники на примере автоматизированной системы вибрационных испытаний. Большое внимание было уделено оптимизации режимов стендовых вибрационных испытаний конструкций.

Проблеме выбора варианта технической реализации интерфейсного адаптера для информационно-измерительной аппаратуры был посвящен доклад О.В. Москаленко и Е.В. Барковой (МГАПИ). В сложившейся ситуации актуальной является задача построения ИИС на базе приборов с различными интерфейсами (VME, HP-IB и др.). Предлагается для построения универсальных адаптеров использовать ПЛИС и СБИС.

Доклад К.Н. Дозорова (МАИ) был посвящен аппаратно-программному комплексу управления приводом искусственного левого желудочка сердца (ПИЛЖС). Программный комплекс Artificial Heart предназначен для обеспечения качественной работы ПИЛЖС и состоит из двух уровней -"нижнего" и "верхнего". Нижний уровень разработан на базе микроконтроллера на RISC архитектуре фирмы Atmel AVR AT90S8535. Задачами данного уровня являются управление силовой частью привода и взаимодействие с верхним уровнем. В качестве контролируемых параметров выбраны: частота сердечных сокращений, соотношение систола/диастола и характеристики хода толкателя насоса. "Верхний" уровень работает в среде MS Windows 98/МЕ/2000/ХР и представляет собой монитор состояния ПИЛЖС. Разработанный программный комплекс прошел стендовые и натурные клинические испытания с живым бычком. Разработке и анализу систем автоматического управления для ПИЛЖС был посвящен доклад Д.А. Суркова (МАИ). Цель работы – разработка и анализ систем автоматического управления для привода искусственного левого желудочка сердца. Была создана подробная математическая модель ПИЛЖС, учитывающая его электромеханические характеристики, а также модель датчиков управления двигателем. Разработана математическая модель САУ для ПИЛЖС, включающая в себя: требуемые (программные) значения параметров управления, форму требуемого управления, выбранную с учетом оптимальных медицинских критериев, характер взаимосвязей между различными блоками модели, необходимые отрицательные обратные связи, обеспечивающие заданную точность управления. Затем был проведен синтез моделей САУ для ПИЛЖС, по результатам которого была синтезирована оптимальная "требуемая" форма управления приводом. Разработанная САУ также прошла стендовые и натурные клинические испытания с живым бычком. Большое число докладов было посвящено разработкам, обеспечивающим качественный учебный процесс.

Заключение. В настоящем обзоре упомянуты лишь те доклады, которые касаются тематики журнала "Промышленные АСУ и контроллеры". Однако, как видно даже из краткого перечисления содержания докладов, нечёткие или мягкие вычисления занимают значительное место в арсенале разработчика АСУТП.