автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Аппаратно-программные методы и микропроцессорные средства активной защиты человеко-машинных управляющих систем от акустических воздействий

•4 5 ОД < 9 ЯИН 1998

Московский Государственный Технический Университет им. Н.Э. Баумана

На правах рукописи Экз. № Осе

Власов Андрей Игоревич

УДК: 658.512.22:534.539.3

АППАРА ТНО-ПРОГРАММНЫЕ МЕТОДЫ И МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СРЕДСТВА АКТИВНОЙ ЗАЩИТЫ ЧЕЛОВЕКО-МАШИННЫХ УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ ОТ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

Специальность 05.13.05-Элементы и устройства вычислительной техники

и систем управления

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Автореферат

Москва -1997

Работа выполнена в Московском Государственном Техническом Университете им.Н.Э.Баумана.

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Шахнов В.А.

Официальные оппоненты:

Академик академии естественных наук РФ, доктор технических наук, профессор Пупков К.А., МГТУ им. Н.Э. Баумана

старший научный сотрудник ГНЦ "Акустический институт им. академика H.H. Андреева", кандидат технических наук Орлов А.И.

Ведущее предприятие:

Государственный Центральный Научно -Исследовательский Радиотехнический Институт (ГосЦНИРТИ, г. Москва).

Защита диссертации состоится " 5 " февраля 1998 г. на заседании диссертационного совета К053.15.04 в Московском Государственном Техническом Университете им. Н.Э. Баумана по адресу: i07005, г. Москва, 2-ая Бауманская ул., д.5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н.Э. Баумана, а также по международной сети интернет на web - сервере МГТУ им. Н.Э. Баумана по iURL:http://www.bmstu.ru/facult/iu/iu4.

Автореферат разослан "18" декабря 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Иванов С.Р.

Гчпог/Ь<*?а<,Я МГТУ Jw<?46 oSbüH /.О «.л ту» loo ' /Jof/1 л /7 с va.-С /5*!! SFi

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность:

Характерной чертой технического прогресса является широкое использование электронно-вычислительной аппаратуры (ЭВА) и систем управления, которые стали неотъемлемой частью человеко-машинных управляющих систем. Однако с расширением сфер приложения данные системы подвергаются всё более жестким разнообразным дестабилизирующим воздействиям (акустические, электромагнитные, вибрационные поля и т.п.) обусловленным, как средой функционирования, так и внешними источниками. В комплексе мероприятий по обеспечению требуемых высоких надёжностных и эргономических показателей человеко-машинных управляющих систем большое значение имеет разработка средств и методов их защиты от данных воздействий, что является одной из основных проблем, решаемых разработчиками средств вычислительной техники и систем управления.

Среди всего многообразия дестабилизирующих факторов, воздействующих на человеко-машинные управляющие системы, одним из самых распространенных и значимых являются акустические шумы, защита от которых стала одной из актуальнейших проблем для всех стран мира. Пагубное физиологическое и психологическое воздействие шума хорошо известно, кроме этого, в связи с неуклонным повышением мощностей двигателей, скоростей полетов и т.п. уровни акустических шумов значительно возросли и достигли разрушающих значений и для самих технических систем. Огромное внимание вопросам борьбы с шумом уделяется международными организациями. Так международной организацией по стандартам ISO (технический комитет №43 "Акустика"), разработано более 50 стандартов, регламентирующих способы оценки источников шумов и контроля за акустическим климатом. Воздействие акустического поля также вредно и для самой электронной аппаратуры (ЭА), в результате которого в элементах конструкций возбуждаются нежелательные колебания, приводящие к снижению её надежности. При этом акустические воздействия оказывают влияние на конструктивные элементы как через амортизаторы аппаратуры, так и через кожух, поэтому аппаратура, защищенная от вибраций, может оказаться незащищенной от шума.

Большинство используемых сегодня методов защиты от акустических воздействий реализованы традиционными пассивными средствами с помощью различных звукопоглощающих материалов, демпферов, перегородок, специальных звукоизолирующих покрытий, конструкций и т.п. При гашении низкочастотных составляющих такие средства малоэффективны, а их объемы и масса недопустимо возрастают. Это заставляет разрабатывать и использовать новые средства защиты технических систем и обслуживающего персонала, способные адаптироваться к изменяющимся условиям среды в автоматическом режиме и реальном масштабе времени. В связи с этим наряду с пассивными средствами защиты от шума находят применение активные средства зашиты, использующие дополнительные источники энергии.

Идея активного гашения шума возникла более полувека назад. Однако для её эффективной практической реализации потребовались десятилетия. Распространению активных методов и средств защиты от шума способствовали: во первых, необходимость снижения шума в диапазоне низких частот, где классические пассивные средства малоэффективны или вообще неприемлемы, во-вторых, успехи в области теории управления, вычислительной техники, цифровой обработки сигналов и микроэлектроники, что позволило удовлетворить высоким требованиям, предъявляемым к эффективности гашения, быстродействию, устойчивости, массогабаритным и другим технико-экономическим показателям систем активного гашения (САГ) акустических шумов. В результате активные методы дополнили традиционные пассивные в диапазоне нижних частот, где в настоящее время не имеют альтернативы.

САГ, в общем случае, относятся к числу многомерных, многосвязанных систем автоматического управления акустическим полем. При этом под объектом управления следует понимать совокупность компенсирующих излучателей, приёмников и расположенных между ними участков среды или конструкции. САГ формируют с помощью

компенсирующих излучателей дополнительное инверсное гасящее поле с требуемыми ■ пространственными и частотными характеристиками. Суперпозиция исходного и гасящего поля приводит к снижению результирующего поля в области контроля. Укажем некоторые практически важные области применения САГ: защита элементов технических систем от внешних низкочастотных акустических полей, снижение акустических шумов электронной аппаратуры, снижение шума в салонах самолётов, автомобилей, железнодорожных составах, метро и других транспортных средств, в трубах, например, в выхлопных или воздуховодах систем кондиционирования, уменьшение шума, излучаемого судами, акустических шумов индустриальных источников (трансформаторов, турбогенераторов, и т.п.), для улучшения звукоизоляции оконных проёмов, акустических характеристик командных пунктов с голосовой связью и т.п.

Теория активной защиты тесно связана с широким кругом смежных областей, например таких, как адаптивные антенные решетки, адаптивные компенсаторы помех и т.п. Анализ результатов большого числа работ в смежных областях и работ по активным средствам зашиты позволяет выделить ряд актуальных задач стоящих перед разработчиками САГ связанных с: построением широкополосных, многомерных и многосвязанных САГ высокой пространственной размерности, необходимостью решения вопросов по устранению волновой обратной связи (ВОС) между приёмными и компенсирующими излучателями и учета изменения акустического поля на участке от компенсаторов до контрольных измерителей. Всё вышеизложенное обуславливает необходимость осуществления векторно-матричных операций высокой размерности в реальном масштабе времени, что накладывает высокие требования к быстродействию блоков управления (БУ) САГ, что в свою очередь обуславливает необходимость перехода к использованию новых структурно-алгоритмических методов реализации САГ, ориентированных на высокое распараллеливание обработки.

Также одним из сдерживающих факторов при создании САГ является практически полное отсутствие систем автоматизации их проектирования, что приводит к значительным затратам при разработке, проведении экспериментальных исследований и натурных испытаний. При этом ранее практически не рассматривался вопрос создания обобщенной методики проектирования средств защиты в зависимости от характеристик акустических воздействий. Современные тенденции таковы, что разработка технических электронных систем, становится всё более сложной, при этом ужесточаются требования к срокам их проектирования, показателям, надежности и эргономическим характеристикам, что делает актуальной задачу создания, на основе обобщенного подхода, аппаратно - программного комплекса (АПК) автоматизированного проектирования САГ с использованием баз данных/знаний и средств цифровой обработки сигналов.

Целью настоящей работы является создание и формализация обобщенной методики проектирования средств активной зашиты человеко-машинных управляющих систем от акустических воздействий, разработка структурно-алгоритмического базиса построения пространственных многомерных САГ, создание аппаратно-программного комплекса автоматизации их проектирования, разработка и экспериментальные исследования микропроцессорных адаптивных и нейроадаптивных средств активной защиты от воздействий акустических шумов при эксплуатации функциональной аппаратуры.

Для достижения поставленной цели в работе предпринята попытка решения комплекса задач, в частности: научно-технических (анализ и систематизация методов и средств зашиты от шума, классификация и синтез САГ, разработка обобщенной методики и алгоритма проектирования шумозащигных средств с позиции его автоматизации, исследование и разработка математических моделей и алгоритмов управления САГ, разработка структурно-алгоритмического базиса построения многомерных САГ на основе нейросегевых технологий), прикладных (создание аппаратно-программного комплекса (АПК) автоматизированного проектирования САГ с возможностью цифровой обработки сигналов, разработка с помощью АПК аппаратно-программных микропроцессорных САГ акустическою шума в воздуховоде системы кондиционирования. САГ акустических шумов при эксплуатации высокопроизводительных вычислительных комплексов (ВК) и систем

обеспечения бесперебойного электропитания) и экспериментальных задач (создание экспериментальной установки на базе АПК, детальные экспериментальные исследования возможности и эффективности снижения шума с помощью адаптивных систем активного гашения высокого порядка на натурных объектах, исследование зависимости эффективности компенсации от порядка САГ, её структуры, используемых алгоритмов и характеристик объекта управления, экспериментальное подтверждение эффективности разработанных микропроцессорных адаптивных САГ (АСАГ)).

Методы исследования. При решении поставленных задач в работе использованы элементы теории конструирования и надежности ЭА, нейроматематики, положения теории автоматизации проектирования, элементы теории экспертных систем и обработки знаний, математический аппарат теории автоматического управления, теории вероятностей, линейной алгебры, спектрального анализа.

Научная новизна работы состоит в следующем:

• На основе проведенной классификации активных средств защиты от акустических воздействий, разработана обобщенная методика и алгоритм проектирования средств защиты от акустического шума с использованием процедур генерационного структурного и параметрического синтезов.

• Для представления знаний по структурам реализации систем гашения предложена фреймовая семантическая сеть, позволяющая формализовать процесс генерационного структурного синтеза пассивных, активных и комплексных средств защиты от акустических воздействий, определены структуры фреймов экспертной системы, выделены и представлены в формальном виде процедурные и декларативные знания базы знаний.

• Разработана методика синтеза пространственного размещения элементов сенсорного блока на основе алгоритма сеточной аппроксимации среды.

• Предложены математические модели, структурные схемы и алгоритмы управления адаптивными микропроцессорными системами применительно к задачам активного гашения акустического шума с обработкой сигналов во временной и частотной областях, обоснованы и развиты методы теории нейронных сетей применительно к реализации многомерных, многосвязанных пространственных САГ акустических шумов.

• Разработан системный подход к реализации информационного, аппаратного и программного обеспечения АПК автоматизированного проектирования САГ, позволяющий принимать решения в реальном времени на основе экспертной оценки текущих данных по состоянию объекта управления, а также осуществлять проектирование и экспериментальные исследования САГ с использованием баз знаний/данных и средств цифровой обработки сигналов.

• Предложена методика использования АПК в качестве учебно-исследовательского комплекса, для чего в его состав введены дополнительные функциональные модули, позволяющие автоматически формировать структуру учебного материала в процессе активного обучения и обеспечивать проведение экспериментальных лабораторных исследований на физических и математических моделях.

Достоверность полученных научных результатов, выводов и рекомендаций диссертационной работы подтверждена результатами численного моделирования на математических моделях и экспериментальными исследованиями САГ в реальном масштабе времени на натурных объектах, а также внедрением результатов в разработку САГ шума при эксплуатации функциональной аппаратуры. Полученные в работе результаты подтверждают работоспособность АСАГ, а также наглядно демонстрируют эффективность использования разработанной методики автоматизированного проектирования систем активной защиты от шума с использованием АПК.

Так, например, результаты оценки эффективности АСАГ шума функциональной аппаратуры в реальном времени на натурном объекте в месте установки контрольных

измерителей показали, что начиная с частоты 40 Гц вплоть до частоты 500 Гц максимальная реальная эффективность снижения шума составляет 12-14 дБ, определенную же теоретически эффективность гашения шума для рассматриваемого объекта в 20-22 дБ в данном частотном диапазоне следует считать предельной и ограниченной акустическими свойствами конкретного объекта управления и техническими ограничениями реализации АСАГ. Основной причиной отличия практически достигнутой эффективности от теоретически ожидаемой является влияние волновой обратной связи, эффективность снижения которой в данном случае путем включения дополнительного узла настройки составило в рассматриваемом частотном диапазоне 18-20 дБ.

Реализация АСАГ на основе нейросетевых технологий позволила увеличить величину максимальнодостижимой реальной эффективности снижения шума для рассматриваемого объекта до 17-19 дБ, при этом уровень снижения волновой обратной связи составил 21-23 дБ, что подтверждает эффективность применения для реализации многомерных, широкополосных АСАГ высокого порядка структурно-алгоритмических решений на основе нейросетевых технологий.

Положения, выносимые на защиту:

• Методика формализации процедур генерационного структурного синтеза САГ, на основе фреймовой семантической сети с выделением и представлением в формальном виде процедурных и декларативных знаний базы знаний по вариантам реализации САГ, реализация процедур синтеза пространственного размещения элементов сенсорного блока САГ на основе алгоритма сеточной аппроксимации среды и параметрического синтеза БУ САГ в реальном масштабе времени с использованием цифровой обработки сигналов.

• Математические модели, структурные схемы и алгоритмы построения адаптивных САГ высокого порядка с автоматическим учетом нестационарности акустических характеристик канала В ОС и объекта управления и обработкой сигналов во временной или частотной областях. Результаты теоретических и экспериментальных исследований работоспособности таких АСАГ.

• Развитие, обоснование и применение методов теории нейронных сетей для реализации структурно-алгоритмического базиса построения широкополосных, многомерных САГ акустических шумов высокого порядка, конкретные схемные реализации таких САГ.

• Методика построения, состав, структура и принципы функционирования аппаратного, программного, информационного и методического обеспечения АПК автоматизированного проектирования САГ с использованием баз знаний/данных и средств цифровой обработки сигналов, обеспечивающие возможность принятия решений в реальном времени на основе экспертной оценки текущих данных по состоянию объекта управления.

• Структурные схемы построения виртуальных аппаратных измерительных средств цифровой обработки сигналов АПК с высокой конвейеризацией и распараллеливанием вычислений, конкретные схемные реализации таких средств.

• Аппаратно-программная реализация микропроцессорных САГ акустических воздействий на основе разработанного структурно-алгоритмического базиса построения многоканальных, широкополосных САГ высокого порядка с автоматическим учетом влияния волновой обратной связи и нестационарности акустических характеристик объекта управления.

Практическая ценность работы состоит в том, что обобщенная методика проектирования САГ, модели, структурно - алгоритмические решения построения широкополосных, многомерных САГ на основе нейросетевых технологий позволяют реализовать эффективные САГ высокого порядка с приемлемыми массогабаритными и стоимостными характеристиками.

Созданный АПК автоматизированного проектирования и экспериментальных исследований САГ позволяет: синтезировать структуру системы гашения с параметрами,

обеспечивающими наилучшие показатели по критерию качество/стоимость в зависимости от характеристик объекта управления, оценивать эффективность работы САГ шума при использовании различных адаптивных и нейроадаптивных алгоритмов в реальном масштабе времени, оценивать предельно достижимую величину снижения шума при наименьшей пространственной размерности системы гашения, сократить сроки и повысить качество разработок САГ.

Проведенные экспериментальные исследования и разработка микропроцессорных средств активной защиты человеко-машинных управляющих систем от акустических воздействий показали, что созданный АПК можно применять для широкого круга задач по исследованию и проектированию средств защиты от шума различных источников.

Результаты, полученные в работе, являются теоретической и методической основой для проектирования и проведения экспериментальных исследований широкополосных, многомерных САГ шума в условиях априорной неопределенности, обладающих высокоэффективными коитурами параметрической самонастройки. Они также могут быть использованы при проектировании адаптивных и нейросетевых САГ вибрационных, электромагнитных и других волновых полей в различных физических средах.

Реализация результатов

Полученные в работе результаты: математические модели, алгоритмы и программы управления САГ, обобщенная методика автоматизированного проектирования САГ, методика анализа и синтеза САГ с использованием разработанного АПК, методика размещение элементов сенсорного блока в зависимости от характеристик объекта носителя, структурно-алгоритмический базис и конкретные системотехнические решения построения многомерных, широкополосных САГ высокого порядка, использованы при проектировании САГ акустических шумов различных источников в ГНЦ "Акустический Институт им. академика H.H. Андреева" РАН (г. Москва), в работах ГНПО "АГАТ"(г. Москва), связанных с построением современных и перспективных корабельных автоматизированных систем управления (АСУ), для целого класса которых проблема шумности функциональной аппаратуры является актуальной задачей, внедрены в разработку САГ акустических шумов высокопроизводительных вычислительных комплексов, осуществляемых ЦНИИ "Комета" (г.Москва). Копии актов и справок о внедрении результатов в выше перечисленные разработки указанных предприятий прилагаются.

Внедрение результатов работы продолжается, они также могут быть использованы в научно-производственных объединениях, специализирующихся в области борьбы с воздействиями волновых полей различной природы, в том числе и при эксплуатации электронной техники, например в, Институте Машиноведения им. A.A. Благонравова РАН (г. Москва), НИИ "Дельта" (г. Москва), ГНЦ "ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова" (г. С.Петербург), НИИ Счетного машиностроения (г. Москва), ИПФ РАН (г. Нижний Новгород) и ряде других.

Научные положения, выводы, рекомендации полученные в диссертации, созданный АПК автоматизированного проектирования САГ, использованы при подготовке и чтении лекций и проведении лабораторных учебно-исследовательских работ по курсам "Конструирование ЭВС" и "Теоретические основы конструирования и надёжности ЭВС" в МГТУ им. Н.Э. Баумана, а также при подготовке по специальности "Акустические приборы и системы" в МГИРЭА (г.Москва).

Апробация работы:

Результаты работы были представлены на: 15-ом международном акустическом конгрессе в Трондхейме (Норвегия) (15th International Congress on Acoustics, Trondheim, Norway, 26-30 June 1995), международном научном конгрессе студентов, аспирантов и молодых ученых "Молодёжь и наука - третье тысячелетие", (Россия, Москва, 27 января - 1 февраля, 1996), научно-практической конференции "Новое в безопасности жизнедеятельности и экологии" (Россия, С-Пб, 14-16 октября 1996), Российской научно-практической конференции ТехноПроф"97 (Россия, Москва, 9-14 января 1997), 3-ей Всероссийской конференции "Нейрокомпьютеры и их применение" (Россия, Москва, 12-14

февраля 1997), 20-ой научно-технической конференции ЦНИИ "Комета" "Новые технологии создания и испытаний глобальных информационно-управляющих систем (ГИУС). Диверсификация систем оборонного назначения"(Россия, Москва, 15-16 апреля 1997), шестой сессии РАО "Акустика на пороге 21 века" (Россия, Москва, 14-16 октября 1997), 5-ом Всероссийском семинаре "Нейроинформатика и её приложения" (Россия, Красноярск, 3-5 октября 1997).

Публикации

Основные результаты работы опубликованы в 11 печатных работах, докладывались на вышеприведенных конгрессах, конференциях, семинарах и представлены во всемирной сети Интернет на сервере МГТУ им. Н.Э. Баумана (http://www.bmstu.ru/facult/iu/iu4 - web -раздел кафедры "Конструирование и технология производства ЭА").

Структура н объем работы:

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации 211 страниц, 60 рисунков, список использованных источников из 357 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении освещено современное состояние проблемы активной защиты человеко-машинных управляющих систем от акустических воздействий. Проведен анализ результатов наиболее важных работ по активной защите и работ в смежных областях. Обоснована актуальность темы диссертации, определены цели настоящей работы. Рассмотрена научная и практическая значимость полученных результатов. Отмечена острая необходимость в разработке САГ низкочастотных акустических шумов для решения задач повышения эффективности, качества и надежности функционирования как управляющих систем человек-машина в целом, так и самой электронной аппаратуры, как одного из важных элементов данных систем.

В первой главе исследовано влияние дестабилизирующих акустических воздействий при функционировании человеко-машинных управляющих систем. Оценена эффективность применения традиционных пассивных средств защиты и показана их малая эффективность на низких частотах, что обуславливает необходимость разработки и применения активных средств (§1.1).

Предложенная в п. 1.2.1 классификация средств защиты от шума позволяет строго разграничить области применения пассивных и/или активных средств в зависимости от характеристик шумового поля и конструктивных параметров объектов. На основе данной классификации в п. 1.2.2. разработана обобщенная методика проектирования, позволяющая с наименьшими затратами осуществить выбор и создание необходимого комплекса средств защиты. Иллюстрирующий данную обобщенную методику алгоритм проектирования шумозащитных средств положен в основу построения аппаратно-программного комплекса автоматизированного проектирования САГ.

Основное внимание в главе уделено рассмотрению вопросов структурного синтеза САГ акустических шумов с использованием методов генерационного синтеза, который позволяет сразу сгенерировать работоспособную модель проектируемой системы (§1.3). Показано, что наиболее эффективным является проведение синтеза САГ в два этапа: на первом методом генерационного синтеза определяются метод гашения, структура блока управления и тип используемых алгоритмов, а на втором этапе методами параметрического синтеза подбираются параметры выбранных алгоритмов.

Для обеспечения процедур структурного синтеза, представление знаний по вариантам реализации средств защиты от шума осуществлено в виде фреймовой семантической сети (п. 1.3.1.), что позволяет относительно просто в дальнейшем формализовать процесс генерационного синтеза средств защиты от шума.

Подраздел 1.3.2 посвящен синтезу БУ САГ, управляющего компенсирующими излучателями. При этом в качестве критерия управления используется среднеквадратичный

критерий, характеризующий энергию остаточного шумового поля, выбор которого обусловлен ясным физическим смыслом и существованием единственного экстремума.

В п. 1.3.3. рассмотрены вопросы синтеза сенсорного блока САГ, который заключается в выборе типов измерителей и компенсаторов, решения задачи их наилучшего размещения в объекте на основе предложенного алгоритма сеточной аппроксимации среды и классических итерационных алгоритмов.

Изложенные в главе обобщенный алгоритм проектирования средств защиты от шума, методики структурного синтеза САГ, синтеза БУ и сенсорного блоков САГ являются основой построения конкретных подсистем аппаратно-программного комплекса автоматизированного проектирования.

Вторая глава посвящена исследованию и разработке моделей, структур и алгоритмов управления СЛГ. В ней обсуждены отличия алгоритмов настройки и структурных вариантов реализации различных САГ. Рассматриваются условия устойчивости, достижения максимальной скорости сходимости и качества гашения в зависимости от характеристик исходного звукового поля, параметров среды и конструктивной реализации системы.

В §2.1 рассмотрены классическое решение задачи активного гашения по методу Г.Д. Малюжинца и основные особенности математического обеспечения неадаптивных САГ. Показано, что для реализации метода Г.Д. Малюжинца и его модификаций необходимо выполнение целого ряда взаимоисключающих условий. Кроме этого необходимо точное знание функций Грина среды, а также свойств реальных приемных и компенсирующих поверхностей, что не всегда возможно. Всё это затрудняет создание реальных неадаптивных САГ. Использование классического подхода при практической реализации многомерных неадаптивных САГ приводит к применению методов на основе сеточной аппроксимации среды, что позволяет использовать для реализации многоканальных САГ нейросетевой подход, которому посвящен п.2.1.3. При построении неадаптивных САГ на базе предварительно обученной нейронной сети (НС) возможно с высокой степенью распараллеливания вычислений в реальном времени реализовать широкополосные многомерные САГ высокого порядка используя нейросетевой логический базис или каскадное соединение сигнальных процессоров. В этом случае нет необходимости в априорном знании аналитического выражения для передаточной функции электроакустического тракта, её учет происходит автоматически в процессе обучения. На основе вышеизложенного неадаптивные нейроСАГ позиционируются, как многоканальные и многосвязанные системы активного гашения акустических воздействий при стационарном характере объекта управления.

САГ акустических полей, как правило, действуют в "случайной среде", т.е. параметры объекта управления изменяются случайным образом и степень их неопределенности может быть различной, поэтому приемлемые технические характеристики могут быть получены лишь в результате адаптации системы к изменяющимся условиям в ходе ее работы в реальном масштабе времени. АСАГ, как правило, осуществляют изменения собственных характеристик в зависимости не только от априорной информации об условиях работы систем гашения, но и от текущей информации о исходном и результирующем акустических полях (§2.2.).

В общем случае модель процесса активного адаптивного гашения представляется следующим образом: в области (?, возбуждено некоторое акустическое поле Г0!(Р.к), которое в общем случае является функцией пространственных координат Р = ^Хр,Ур^р } и времени. Выделяем три непересекающиеся поверхности, охватывающие область Q|. и располагаем на них соответствующие элементы сенсорного блока САГ: приемники исходного поля (поверхность 5,), компенсирующие излучатели ($,) и контрольные измерители результирующего поля (5,). Тогда в пространстве можно выделить две области: область формирования исходного поля (?, и область пространственного гашения (),, разделенные замкнутым пространственным слоем, содержащим элементы сенсорного блока САГ". Внешней границей области является приёмная поверхность X,, а внутренней

границей области Qlt контрольная поверхность S3. Результирующее поле Fsl(P3,w) в

области Q2, контролируемое на поверхности S3, есть сумма исходного поля Fsl(P3,w), распространяющегося от поверхности S, к S3 (при отключенной САГ). и поля компенсации

fsi(P2>w)> формируемого компенсирующими излучателями, расположенными на поверхности Sj. В АСАГ настройка параметров БУ осуществляется постоянно в процессе гашения в реальном масштабе времени при помощи адаптивных или нейроадаптивных алгоритмов, рассмотренных в §2.2.

Если в качестве критерия управления используется суммарная средняя мощность контрольных измерителей результирующего поля, то задача активного гашения сводится к задаче аппроксимации в гильбертовом пространстве вектора исходного поля вектором гасящего поля в точках контроля. Итеративная процедура нахождения наилучшего гильбертова решения задачи активного гашения может быть осуществлена с помощью процедуры адаптации. В зависимости от конкретного гильбертова пространства решение данной задачи будет различным. Так, в случае случайных акустических полей, задача сводится к решению уравнения Винера - Хоффа во временной или частотной области. В случае, например, периодических полей задача компенсации аналогична задаче анализа и синтеза сигналов в полном ортонормированном тригонометрическом базисе (ряды Фурье). Решение каждой из рассмотренных задач представляет собой не что иное, как процедуру синтеза БУ АСАГ. На основе проведенных в п.2.2.1. исследований решений задачи активного гашения с учетом обеспечения условий существования и единственности их решения сформулированы основные требования к узлам АСАГ и разработана её обобщенная структурная схема (рис.1.).

Обобщенная структура АСАГ, учитывающая наличие волновой обратной связи и изменение сигнала на участке от компенсаторов до контрольных измерителей,

представлена на рис.1. Блок управления состоит из трех узлов настройки (УН): центральный УН осуществляет выработку компенсирующего сигнала, в соответствии с основным адаптивным алгоритмом настройки, УН1-осуществляет идентификацию канала ВОС с передаточной функцией С,, а УН2 - объекта управления с передаточной функцией С3. В общем случае структура любого узла настройки (УН АСАГ) представляет собой, как правило, перестраиваемый фильтр (Ф) с конечной импульсной характеристикой, который может оыть реализован аппаратно, программно - аппаратно или являться элементом нейросети, осуществляющим взвешенное суммирование. Настройку его коэффициенюв, в соответствие с конкретным алгоритмом, осуществляет блок корректировки коэффициентов (БКК).

В зависимости от области приложения реализация структуры блока управления может быть различной, начиная от простейших ИМС, реализующих трансверсальные фильтры, и кончая микропроцессорными системами на основе сигнальных (DSP) процессоров или на основе использования нейрочипов, при этом адаптивными свойствами может быть наделен только центральный УН (см. рис.1).

Центральный VH Блок Управленш

Рис.1. Обобщенная структура АСАГ.

В п.2.2.2 исследована алгоритмическая база решения задач активного адаптивного гашения. Одни из используемых алгоритмов основаны на статистическом подходе, типа алгоритма Уидроу-Хоффа, другие на детерминированном подходе, типа рекурсивного алгоритма наименьших квадратов. Главное преимущество первой группы алгоритмов -вычислительная простота. Рекурсивные же алгоритмы обеспечивают более быструю сходимость, но с более высокой степенью вычислительной сложности.

Обобщенная структура многомерной пространственной АСАГ включает М -датчиков исходного поля, К - компенсирующих излучателей, Ь- контрольных приёмников, матрицу МхЬ- фильтров длиной N каждый, М- матриц размерности КхЬ и КхМ управляемых фильтров. Кроме того, поскольку принятое допущение об отсутствии ВОС в реальной системе не может быть выполнено, в структуру (см. рис.1) должна быть включена матрица КхМ фильтров компенсации ВОС. Т.е. реализация пространственной АСАГ приводит к необходимости выполнения векторно-матричных операций высокой размерности.

Увеличение порядка системы при построении АСАГ пространственного гашения приводит к увеличению её сложности, что обуславливает повышенные требования к ресурсам памяти и быстродействию БУ данных систем. Это определяет их реализацию практически только на основе сигнальных процессоров или с использованием нейросетевого логического базиса (рис.2.). Настройка (обучение) нейроАСАГ происходит постоянно в процессе гашения в реальном времени. Это предъявляет более высокие требования к производительности БУ нейроАСАГ, по сравнению с нейроСАГ.

Одним из вариантов реализации НейроАСАГ в соответствии с обобщенной структурой на рис.1., работающих во временной области, является их построение на базе адаптивных сумматоров (нейросеть с задержками), при этом наличие нелинейности на выходе нейронов не требуется (см. рис.2). Структура такой системы состоит из пяти слоёв, входные сигналы нейронов 2-4 слоёв формируются сдвиговыми регистрами ЙО, длина которых определяет порядок АСАГ. Нейроны слоев 1 и 5 производят только суммирование входных сигналов. Нейроны второго слоя осуществляют учет изменения характеристик акустического поля на участке от компенсирующих излучателей до контрольных измерителей, для чего в состав схемы введен генератор, некоррелированный с входным сигналом. Третий слой нейросети осуществляет формирование сигнала компенсации, а четвертый осуществляет учет ВОС между компенсирующим излучателем и приёмником исходного поля. Такое построение одного канала нейроАСАГ позволяет организовать пятиуровневый конвейер, значительно повышающий быстродействие БУ.

Переход к нейроАСАГ более высокой пространственной размерности может быть осуществлено путем каскадного соединения однотипных нейромодулей, аналогичных представленному на рис.2. В этом случае нейроны первого слоя тоже будут наделены свойствами взвешенного суммирования входных сигналов от датчиков.

Для построения нейроАСАГ с обработкой в частотной области с использованием БПФ, использована многослойная нейронная сеть с прямыми связями, п которой число входов равно числу вводимых отсчетов (длине кадра), а число слоёв выбирается таким образом, чтобы обеспечить наилучшее качество гашения при приемлемых технически* и

Рис.2. Структура нейроАСАГ, работающей во временной области.

Экспсртенгалыия - > _

установка \ ¡V Е

стоимостных характеристиках системы. Обучение данной нейроАСАГ построено на основе классических нейросетевых алгоритмов, например обратного распространения, рассмотренные в п.2.1.3. При этом необходимо учитывать, что использование обработки в частотной области предъявляет более высокие требования к быстродействию, чем при обработке во временной области, но при этом может быть достигнута более высокая скорость сходимости процесса адаптации.

Выигрыш при использовании нейросетевого подхода, по сравнению с традиционным, заключается в том, что возможно проводить вычисления параллельно, а это в свою очередь дает возможность реализовать АСАГ более высокого порядка при приемлемых показателях сходимости и, следовательно, добиться более высокого качества гашения. Нейросетевой подход к реализации АСАГ во многом снимает проблемы стоявшие перед разработчиками широкополосных и многомерных систем активной защиты по необходимости выполнения векторно-матричных операций высокой размерности в реальном времени.

Третья глава посвящена построению аппаратно-программного комплекса (АПК) автоматизированного проектирования САГ. Учитывая специфику систем гашения (необходимость реализации процедур по обработке многомерных сигналов в реальном масштабе времени) в состав АПК включены специальные аппаратные средства цифровой обработки сигналов (ЦОС).

Основу математического

обеспечения АПК составляет обобщенный алгоритм проектирования систем гашения (п.1.2.2), а также модели и алгоритмы реализации САГ (гл.2). В §3.1. рассмотрены состав, структура и принципы функционирования АПК (рис.3). В §3.2. - принципы построения информационного обеспечения, основу которого составляют знания и данные используемые при выработки проектных решений, § 3.3 посвящен вопросам разработки программного обеспечения АПК. В общем случае оно представляет собой совокупность общесистемного и прикладного программного обеспечения. Вопросам выбора общесистемного ПО посвящен п.3.3.1, а разработке прикладного ПО под соответствующие ОС п.3.3.2. В §3.4., посвященном аппаратным средствам АПК, основное внимание уделено средствам ЦОС с датчиков сенсорного блока. Методическое обеспечение АПК и в первую очередь методика применения АПК в качестве учебно-исследовательского комплекса

рассматривается в §3.5.

Основными элементами

разработанного АПК являются: персональный компьютер (Host-ЭВМ), который обрабатывает измеренные или заданные сигналы и вырабатывает управляющие воздействия в

Прикладное программное обеспечение

БАМ ЗНЛНПИЛ.ЛЧЛ ДАННЫХ

Рис.3. Структура АПК.

соответствии с заложенным в его программное обеспечение алгоритмом. Архитектура Host-ЭВМ на основе CISC микропроцессоров рассмотрена в §.3.4.

Для регистрации реальных сигналов, используются "органы чувств", которые представляют собой набор определенных датчиков. Для преобразования исходной информации, регистрируемой датчиками, в вид понятный компьютеру служат виртуальные аппаратные измерительные средства (ВАИС) ввода/вывода со встроенными АЦ/ЦА преобразователями. Выработанные в ходе работы алгоритма управляющие сигналы подаются, через ВАИС к исполнительным устройствам (динамикам).

Основные функции по накоплению и обработке поступающей с блоков датчиков информации осуществляет, прикладное программное обеспечение (ППО), которое позволяет проектировщику работать в двух режимах: отработки алгоритмов гашения на основе анализа реальных сигналов с датчиков БДИП, БКИ и моделирования процесса гашения на основе программно заданных сигналов (при этом наличие интерфейсной платы не требуется).

При загрузке ППО происходит автоматическое тестирование на обнаружение интерфейсной платы ВАИС в компьютере и выводится сообщение о доступных для проектировщика режимах. Число возможных вариантов выбора в диалоговых меню на каждом этапе работы сведено до минимума, что позволяет значительно упростить взаимодействие проектировщика с АПК.

Имеющаяся в системе интерактивная система графического отображения результатов выводит информацию в следующих режимах:

• в режиме отображения характеристик сигналов и элементов системы (спектральные и временные характеристики);

• в режиме отображения передаточных функций и типовых характеристик участков электроакустического тракта;

• в режиме отображения статических и динамических характеристик процесса гашения. Используя возможности изменения параметров алгоритма гашения, как в автоматическом, так и в ручном режимах, проектировщик по получаемым результатам может корректировать эффективность гашения, тем самым выбирая наилучшие характеристики будущей системы ориентированной на реальные условия работы.

Аппаратное обеспечение АПК включает в себя: комплект датчиков для блоков БДИП, БИКП, БКИ, интерфейсную(ые) плату(ы), обеспечивающие сопряжение блоков датчиков с ПЭВМ и первичную обработку информации, и управляющую ЭВМ. Качество и, в частности, динамические характеристики АЦП/ЦАП имеют определяющее значения для достижения наивысшего качества гашения. С широким распространением в последнее время сигнальных процессоров появилась возможность переложить на них всю тяжесть по предварительной обработке информации и выработки сигналов управления. При проектировании САГ целесообразно использовать аналогичные аппаратные средства, как в ВАИС, так и в разрабатываемой САГ, поэтому выбор типа ВАИС желательно осуществлять на основе результатов синтеза САГ. Так, например, если параметры и структура разрабатываемой САГ определены с использованием конкретной конфигурации интерфейсной платы с АЦП/ЦАП и IBM-совместимого компьютера, в качестве Host-системы на базе CISC МП, ю при промышленной реализации такой САГ достаточно реализовать БУ со средствами ввода/вывода на той же элементной базе, только по промышленному стандарту PC 104, АТ96, в стандарте ЭВМ "Багет" и т.п.

При реализации АПК использованы ВАИС трех типов: тип №1 - простейшие ВАИС с использованием только АЦП/ЦАП, тип №2 - ВАИС на основе сигнальных процессоров, тип №3 - ВАИС реализованные на основе мультипроцессорных систем или систем построенных с использованием нейросетевого логического базиса.

ВАИС первого типа обеспечивают только преобразование аналоговых сигналов в цифровую форму и ввод их в управляющую ЭВМ, а также ввод/вывод цифровых ТТЛ линий и выдачу управляющей аналоговой информации на динамики (посредством ЦАП). Они используются в основном для проектирования САГ не большого порядка, работающих в медленно меняющейся среде. ВАИС данного типа обеспечивают выполнение следующих основных функций: осуществляют многоканальный и асинхронный ввод с аналоговых

Шина Host-системы (ISA, PCI, VME т.п.)

I

Модуль управления

шз

Рабочая память

Модуль матричных процессоров

XX

каналов, вывод управляющих сигналов через ЦАП, поддерживают работу в программном режиме и в режиме генерации прерываний, управляют цифровыми линиями.

ВАИС на основе сигнальных процессоров, как правило, являются быстродействующими и надежными устройствами для ввода, вывода и обработки аналоговой и цифровой информации. При этом вся тяжесть по обработке ложится на сигнальные процессоры, в качестве которых могут использоваться DSP следующих фирм Analog Devices (серий ADSP21xx, ADSP21xxx), Texas Instruments (TMS320Clx,2x,5x,6201,TMS320C3x,4x,8x), а также DSP фирм Motorola (DSP56100, DSP56000, DSP96000), AT&T Microelectronics (DSP32C) и ряда других. Это позволяет резко увеличить порядок проектируемых систем и сложность алгоритмов.

ВАИС типа 3 представляют собой

вычислительную систему с высоким параллелизмом, функционирование которой в максимальной степени

ориентировано на реализацию нейросетевых алгоритмов (рис.4).

В основе построения ВАИС данного типа лежит использование сигнальных процессоров, объединенных между собой согласно определенной архитектуре (кольцо, гиперкуб и т.п.), которая обеспечивает

Память весов

Управляющие сигналы

IS

Рис.4. Структура ВАИС, реализующей элементы нейросетей (тип 3).

параллельность выполнения вычислительных операций (рис.5). Как правило, такие ВАИС имеют гибкую модульную архитектуру, которая обеспечивает, как простату конфигурации системы, так и наращиваемость вычислительной мощности путем увеличения количества процессорных

..........""' "•**--'__модулей или применения

| более производительных

сигнальных процессоров. ВАИС данного типа реализуются в основном на базе несущих модулей стандартов ISA, PCI, VME. Основными функциональными элементами являются: модуль матричных

сигнальных процессоров (МСП), рабочая память, память программ, модуль обеспечения ввода/вывода сигналов (включающий АЦП, ЦАП и TLL линии), а также модуль управления, который может быть реализован на основе специализированного управляющего сигнального

Рис.5. Структура ВАИС типа 3 на основе ADSP21xxx.

процессора (УП), на основе ПЛИС или иметь распределенную структуру, когда функции общего управления распределены между МСП. Для построения ВАИС типа 3 наиболее перспективным является использование сигнальных процессоров с плавающей точкой ADSP2106x, TMS320Cxx, DSP96002 и т.п. Структурная схема реализации ВАИС типа 3 на основе сигнальных процессоров ADSP2106x приведена на рис.5.

В её состав включены: один управляющий сигнальный процессор, для осуществления функций общего управления, и до 8 процессоров осуществляющих параллельные вычисления согласно заложенным алгоритмам (матричные сигнальные процессоры). Управляющий и матричные процессоры образуют кластер процессоров с общей шиной и ресурсами разделяемой памяти. Варианты реализации ВАИС типа 3 на основе сигнальных процессоров TMS320C44 рассмотрены в п.3.4.3.

В §3.5 рассматривается методическое обеспечение АПК. Описывается методика использования созданного АПК в качестве учебно-исследовательского комплекса, для чего в его состав введена контрольно - обучающая подсистема. Показана возможность автоматизации с помощью АПК основных этапов проведения лабораторно-исследовательских работ, среди которых можно выделить следующие: экспериментальное исследование и проектирование САГ, теоретическое исследование и моделирование САГ на основе программно заданных сигналов, проведение контрольно - обучающих мероприятий по теории активных систем защиты от шума.

В четвертой главе рассмотрены основные области применения средств активной защиты от акустических воздействий. Основное внимание уделено особенностям практической реализации АСАГ для гашения влияния акустических шумов при эксплуатации электронной аппаратуры (ЭА) и систем обеспечения её функционирования (§4.1).

В §4.2. приведены основные этапы и результаты разработки и экспериментальных исследований активной адаптивной системы гашения шума в воздуховоде системы кондиционирования с использованием АПК. Проведено теоретическое определение эффективности гашения, которая составила 20-22 дБ в частотном диапазоне 50-500 Гц, которую следует считать предельной и ограниченной, с одной стороны акустическими свойствами конкретного воздуховода и электроакустических преобразователей, а с другой стороны техническими характеристиками аппаратного обеспечения варианта АПК.

Результаты оценки эффективности гашения в реальном времени на натурном объекте в месте установки контрольных измерителей до начала процесса гашения (кривая 1) и в установившемся режиме гашения (график 2) приведены на рис.6, из которых следует, что начиная с частоты 40 гц вплоть до частоты 500 Гц максимальная эффективность снижения шума

составляет 12-14 дБ, причём она снижается с приближением к границам участка спектра, кроме этого вблизи частот 178 и 335 Гц эффект снижения шума отсутствует совсем. Это обусловлено тем, что данные частоты совпадают с относительно глубокими провалами в частотной характеристике объекта управления, а это в свою очередь обуславливает относительно слабое влияние компенсатора на уровень акустического шума в точке расположения контрольного измерителя, которое может быть объяснено совместным влиянием волновой обратной связи и наличием глубоких провалов в частотной характеристике объекта управления.

Основной причиной отличия практически достигнутой эффективности от теоретически ожидаемой является влияние волновой обратной связи, наличие которой снижает корректность адаптивного алгоритма управления.

Ч«Т«ТЖ, I n

Рис.6. Спектрограммы шума в воздуховоде системы кондиционирования без активного гашения (гр. 1.) и с использованием АСАГ (гр.2).

Эффективность снижения волновой обратной связи путем включения дополнительного узла настройки (см. рис. 1) составляет в рассматриваемом частотном диапазоне 18-20 дБ.

Следует считать, что достигнутая величина снижения волновой обратной связи недостаточна и в рамках принятого алгоритма управления с учетом указанных технических ограничений эффективность снижения шума не может быть увеличена.

В §4.3.-4.4. приведены результаты разработки и экспериментальных исследований адаптивных систем активного гашения шума при эксплуатации функциональной аппаратуры. Гак применение, разработанной с использованием АПК, АСАГ акустического шума системы принудительного воздушного охлаждения высокопроизводительного вычислительного комплекса (ВК) (§4.3), позволило привести уровень шума на рабочем месте оператора к нормативным требованиям, без внесения дополнительного аэродинамического сопротивления в канал охлаждения, что позволило увеличить общий срок службы термокритичных элементов ВК, по сравнению с использованием пассивных средств защиты от шума.

Подученные в гл.4, результаты подтверждают работоспособность и эффективность разработанных микропроцессорных АСАГ низкочастотных шумов при эксплуатации функциональной аппаратуры, созданных на основе предложенного структурно-алгоритмического базиса построения широкополосных САГ высокого порядка, а также наглядно демонстрируют эффективность использования разработанной методики автоматизированного проектирования систем активной защиты от шума с использованием созданного АПК

В заключение приведены основные результаты работы и показано, что наибольший эффект по критерию качество/стоимость при использовании САГ удается получить при подавлении акустических шумов низкочастотного спектра. Основная энергия большинства источников шума самой ЭА и внешних источников сконцентрирована в диапазоне 0-500 Гц, что позволяет использовать системы активного гашения достаточно эффективно. С ростом ширины спектра шума в высокочастотную область происходит значительное увеличение требуемой пространственной размерности системы, что приводит к росту затрат на вычисления и аппаратную реализацию и делает применение САГ для данного случая менее эффективным. Так как, чаще всего, объект управления является нестационарным, то приемлемая эффективность гашения может быть достигнута только в результате адаптации САГ к изменяющимся условиям функционирования в реальном масштабе времени. При этом, построение эффективных широкополосных, многоканальных средств активной защиты от шума возможно только с использованием новых структурно-алгоритмических и системотехнических решений с высоким параллелизмом обработки, реализованных на основе нейросетевых технологий. Наиболее правильным на сегодня является подход совместного использования активных и пассивных средств подавления шума в низкочастотном и высокочастотных диапазонах соответственно. Лишь в этом случае можно добиться необходимого результата с наименьшими затратами.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ

1. По результатам исследований влияния акустических воздействий на надежность и эргономические характеристики человеко-машинных управляющих систем и эффективности защиты от такого влияния с помощью традиционных пассивных средств, показано, что ври гашении низкочастотных составляющих акустических полей пассивные средства малоэффективны, а в ряде случаев вообще неприемлемы из-за значительного возрастания массогабаритных характеристик, например, при гашении шума на 20 дБ на частоте в 200 Гц при помощи камерного глушителя его линейный размер должен быть более 4 м. Это обусловливает необходимость разработки новых активных средств защиты с использованием дополнительных источников энергии.

2. Разработана классификация активных средств защиты в зависимости от характера управления акустическим полем, которая в дальнейшем использована при формализации проектных процедур разработки САГ.

3. Рассмотрены математические модели, структурные схемы и алгоритмы управления САГ во временной и частотной областях с автоматическим учетом нестационарности акустических характеристик канала ВОС и объекта управления. Предложены конкретные схемотехнические варианты построения многомерных САГ высокого порядка на основе нейросетевых технологий, что позволило обеспечить выполнение векторно-матричных операций высокой размерности по обработке сигналов с достаточным быстродействием для реализации пространственных САГ с числом каналов в несколько десятков (такт работы АСАГ на базе АБ5Р21064 с порядком равным 6000 составил около 500 мкс). В результате экспериментальных исследований установлены зависимости величины эффективности компенсации от порядка САГ, её структуры, используемых алгоритмов, характеристик исходного акустического поля и объекта управления.

4. Развиты методы синтеза средств защиты от шума (осуществлена формализация процедур структурного синтеза САГ на основе генерационных методов и параметрического синтеза в реальном масштабе времени с использованием средств цифровой обработки сигналов). Основное внимание уделено методам структурного синтеза средств защиты от шума, синтезу блока управления и синтезу сенсорного блока САГ. Для представления знаний по структурам реализации систем гашения разработана фреймовая семантическая сеть. Определены структуры фреймов, выделены и представлены в формализованном виде процедурные и декларативные знания. Для обеспечения' процедур сшгтеза пространственного размещения элементов сенсорного блока предложен алгоритм на основе сеточной аппроксимации среды.

5. Разработан обобщенный методический подход к проектированию САГ, представляющий собой упорядоченную последовательность этапов проектирования средств защиты от шума в зависимости от характеристик исходного поля и объекта управления, что позволило перейти к автоматизированному проектированию многомерных адаптивных и нейросетевых САГ, обеспечивающих гашение многомодовых шумовых полей в замкнутом объеме.

6. Разработано программное, аппаратное, информационное и методическое обеспечения аппаратно-программного комплекса автоматизированного проектирования САГ с выполнением процедур генерационного структурного синтеза САГ и процедур параметрического синтеза на основе обработки как программно-заданных, так и реальных сигналов, характеризующих натурные объекты управления, для чего в состав АПК введены специальные средства по цифровой обработке сигналов. Созданный АПК впервые позволил в автоматизированном режиме выполнить все этапы проектирования САГ, включая экспериментальные исследования объекта управления и структурный синтез САГ в зависимости от определенных параметров исходного поля и объекта управления.

7. Разработана методика применения АПК в качестве учебно-исследовательского лабораторного комплекса позволяющего автоматизировать основные этапы лабораторно-исследовательских работ: экспериментальные исследования и проектирование активных средств защиты от шума, теоретические исследования и разработка моделей САГ на основе программно-заданных исходных сигналов и характеристик объектов управления, защита полученных результатов исследований на основе контрольно - обучающей системы, позволяющей формировать структуру контрольно-учебного материала в процессе тестирования и сочетать процесс кошроля и активного обучения

8 Проведена автоматизированная разработка и экспериментальные исследования аппаратно-программных микропроцессорных АСАГ, на примерах гашения шума в воздуховоде системы кондиционирования, АСАГ шума при эксплуатации высокопроизводительных вычислительных комплексов (ВК), АСАГ шума систем обеспечения бесперебойного электропитания. Выбор перечисленных выше примеров иллюстрирует эффективность применения обобщенной методики автоматизированного проектирования САГ для каждой из групп объектов, для • которых целесообразно использование активных средств защиты от шума. Так, например, применение микропроцессорной АСАГ позволило снизить уровень акустических шумов системы кондиционирования на 12-14 дБ в частотном диапазоне 50-500 Гц. С повышением

уровня снижения волновой обратной связи, в данном случае можно добиться снижения шума в указанном частотном диапазоне до 20-22 дБ. Использование АСАГ для гашения шумов системы обеспечения температурно-влажностных режимов высокопроизводительного вычислительного комплекса специального назначения позволило снизить уровень шума на выходе канала охлаждения до 5 дБ в частотном диапазоне 50-1000 Гц, без внесения дополнительного аэродинамического сопротивления в канал охлаждения ВК. Применение гибридной системы гашения шума выхлопа дизельной преобразовательной системы бесперебойного электропитания позволило добиться снижения уровня шума на 5-10 дБ на октаву в полосе частот 63-500 Гц. 9. Предложенные структурно-алгоритмические и системотехнические решения позволяют строить на их основе на новом качественном уровне многомерные, широкополосные эффективные САГ со среднем уровнем гашения шума в 10-20 Дб в частотном диапазоне 20-500 Гц, работающие в реальных условиях относительно высокой нестационарности источников акустических полей и характеристик объекта управления. Проведенное практическое внедрение разработанных методов синтеза, структурно-алгоритмической базы построения многомерных, широкополосных САГ на основе нейросетевых технологий, конкретных схемотехнических решений и созданного аппаратно-программного комплекса автоматизированного проектирования САГ показали их эффективность при решении задач защиты человеко-машинных управляющих систем от акустических воздействий.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1. Власов А.И. Принципы активного подавления действия вибрационных полей на электронную аппаратуру // Приборы и системы управления.-1996, №11.-С.30-32.

2. Власов АН. Конверсия в действии: применение адаптивной системы для подавления акустических шумов матричных принтеров И Конверсия. -1996, № 1. -С. 17-19.

3. Власов А.И., Конькова А.Ф. Медико-диагностические экспертные системы для оценки адекватности адаптивной реакции организма на воздействие экстремальных факторов //Конверсия,-1995, №9- 10.-С. 18-21.

4. Власов А.И. Особенности построения систем автоматизированного синтеза и моделирования средств защиты от влияния волновых полей // Информационные технологии-1997, №9, - с.31-38.

5. Shakhnov V., Vlasov A. Das Realisimngkonzept der aktiven Unterdrückung der Akustiklárme der Electronengeráte // Proceedings of 15th International Congress on Acoustics.-Trondheim (Norway), 1995.-P.335-339.

6. Власов А.И. Современное состояние и тенденции развития теории и практики активного гашения влияния волновых полей //Приборы и системы управления.-1997, №11.-С.59-70,

7. Власов А.И., Шахнов В.А. Концепция активного подавления акустических шумов офисного оборудования // Новое в безопасности жизнедеятельности и экологии: Сборник докладов научно-практической конференции с международным участием. - С-Пб, 1996,-С.201-205.

8. Власов А.И. Аппаратно-программный комплекс автоматизированного исследования нейроадаптивных систем активного гашения виброакустических полей //Нейрокомпьютеры и их применение: III Всероссийская конференция.-Москва,1997,- С. 10.

9. Власов А.И. Аппаратно-программный комплекс автоматизированного проектирования адаптивных и нейроадаптивных систем активного гашения акустических полей //Акустика на пороге 21 века: Сборник трудов 6-ой сессии РАО. - Москва, 1997. - С. 379-382.

Ю.Власов А.И. Автоматизация синтеза систем активного гашения акустических полей //Акустика

на пороге 21 века: Сборник трудов 6-ой сессии РАО. - Москва, 1997.-С.375-378. 11.Власов А.И. Применение экспертных систем при автоматизации синтеза нейроадаптивных систем активного гашения волновых полей // Нейроинформатика и ее приложения: Сборник тезисов докладов 5-го Всероссийского семинара. - Красноярск, 1997. С.34-35.