автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Автоматизированная поддержка решений при управлении сложными техническими объектами в критических ситуациях (на примере бортовых систем летательного аппарата)

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

УДК 681.3.06:629.7 На правах рукописи

Для служебного пользования Экз. О3

МИРОНОВ Валерий Викторович

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ПОДДЕРЖКА РЕШЕНИЙ ПРИ УПРАВЛЕНИИ СЛОЖНЫМИ ТЕХНИЧЕСКИМИ ОБЪЕКТАМИ В КРИТИЧЕСКИХ СИТУАЦИЯХ

(на примере бортовых систем летательного аппарата)

Специальность 05.13.01 - Управление в технических системах

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Уфа - 1995

"¿¡-уза?

г„

£1 ЮЧ

Работа выполнена в Уфимском государственном авиационном техническом университете

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор Б. Г. Ильясов

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор В. Ю. Рутковский доктор технических наук, профессор А. И. Стариков доктор технических наук, профессор В. И. Васильев

Ведущая организация:

Научно-исследовательский институт автоматических систем

(г. Москва)

Защита диссертации состоится 23 июня 1995 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета ДР-063.20.02 Уфимского государственного авиационного технического университета по адресу: 450000, Уфа-центр, ул. К.Маркса, 12, УГАТУ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета

Отзывы на автореферат, заверенные печатью, просим направлять по

указанному адресу

Автореферат разослан "_" мая 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

С. В. Павле

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Современные сложные технические объекты (СТО), такие как пилотируемые авиационные и космические летательные аппараты (ЛА), другие наземные, надводные, подводные подвижные объекты, а также атомные и обычные электростанции, энергосистемы, нефтеперерабатывающие и химические производства, нефте- и газопроводы и т.п., характеризуются строгими требованиями к безопасности функционирования. В процессе управления в таких системах в результате нарушений (отказов оборудования, ошибок экипажа, возмущений среды) могут возникать так называемые критические ситуации (КС), несущие угрозу безопасности функционирования и требующие своевременных и правильных управленческих решений для предотвращения катастрофических, аварийных или иных нежелательных последствий. Большие материальные и моральные потери, которые несет общество в результате неблагоприятных последствий КС, обуславливают важность и актуальность комплексной проблемы безопасного функционирования сложных технических систем. Для решения этой проблемы предпринимаются значительные научные, технические, организационные усилия в следующих направлениях:

• Снижение вероятности нарушений, порождающих КС, за счет повышения надежности техники, отбора, обучения и тренировки экипажей, защиты от воздействий внешней среды.

• Анализ реальных КС, имевших место при функционировании СТО, с целью установления причин и закономерностей возникновения и развития КС (опасного или благополучного) и выработки мероприятий по устранению повторного возникновения подобных ситуаций.

• Поиск способов эффективного управления СТО при возникновении КС с целью максимального использования располагаемых возможностей для предотвращения опасных последствий КС.

Несмотря на значительные научные, технические и организационные успехи, достигнутые в решении первых двух проблем, полное устранение КС из практики функционирования СТО не может быть гарантировано ни в настоящее время, ни в обозримом будущем. Вместе с тем, статистика летных происшествий в гражданской авиации (где вопросы обеспечения безопасности полетов всегда стоят на первом месте) свидетельствует, что примерно половина катастроф могла бы быть предотвращена при правильном управлении в КС. Такой значительный процент катастроф, которые

потенциально могли быть предотвращены средствами управления, обуславливает важность проблемы управления в КС.

В КС по сравнению со штатным функционированием задача управления существенно усложняется . Экипаж должен своевременно обнаружит! нарушения, являющиеся причиной КС, распознать вид КС и оценить степень ее опасности, определить приемлемую цель управления, достижимук в этих условиях, и выбрать необходимые управляющие воздействия, реализовать управляющие воздействия, не допуская при этом ошибок, и проконтролировать эффективность выхода из КС. Все это необходимо выполнить в условиях неопределенности, когда особенности нарушений еще не проявились со всей отчетливостью, и ограниченного резерва времени, пс истечении которого уже невозможно предотвратить опасные последствия В виду объективной сложности управления в КС необходима поддержке деятельности экипажа в этих условиях:

1) Методическая: поддержка (методическое обеспечение) в виде априорных знаний о КС, включающих знания о сущности явлений, вызываю щих данную КС, о возможном характере развития КС в зависимости oí внешних условий и внутренних факторов, о допустимых способых упра вления в КС и их эффективности в различных условиях, а также умения i навыки управления в подобных КС, вырабатываемые в результате обуче ния и тренировок экипажа.

2) Инструментальная поддержка (инструментальное обеспечение) i виде функций бортовых систем (БС) объекта, предназначенных для использования в условиях нарушений в целях обеспечения безопасности функ ционирования. Это выражается в том, что БС располагают режимам! функционирования, правильное и своевременное использование которьи обеспечивает успешный выход из КС.

3) Поддержка принятия решений, заключающаяся в оказании экипажу помощи в обнаружении КС и выборе способа ее ликвидации. Для этого j системе управления необходимо заложить правила и алгоритмы, позволя ющие: инструментально планировать действия в КС, т.е. инструменталь но принимать решения по распознаванию КС, выбору цели, управляющие воздействий и т.д., и на этой основе осуществлять информационное со провождение экипажа в форме подсказок и советов; контролировать реше ния экипажа для выявления ошибок и предотвращения их нежелательно] реализации; реализовывать согласованные с экипажем решения в форм управления режимами бортовых систем объекта. Перечисленные задачи являющиеся, с одной стороны, достаточно сложными в условиях неопреде ленности и ограниченного резерва времени, с другой, малоисследованным!

для специфических условий КС, составляют содержание проблемы автоматизированной поддержки решений при управлении в КС. Настоящая работа посвящена решению этой проблемы.

Известны многочисленные отечественные и зарубежные публикации, посвященные теоретическим и практическим аспектам проблемы обеспечения безопасности функционирования СТО как системы управления. Концептуальный базис для данного исследования составили работы Петрова Б.Н., Красовского A.A., Гаррарда (Garrard W.L), Джордана (Jordan J.M.) и других, посвященные теоретическому анализу и синтезу систем управления (в том числе - управления угловым и траекторным движением JIA); работы Берегового Г.Т., Котика М.Г., Соломонова П.А., Старикова А.И., Ливенса (Lievens С.), Уоннера (Wanner J.С.) и других, посвященные техническим, методическим и организационным аспектам обеспечения безопасности воздушных и космических ЛА; работы Ломова Б.Ф., Губинского A.M., Шеридана Т.Б., Феррела У.Р. и других, посвященные инженерно-психологическим и эргономическим аспектам деятельности оператора (экипажа) в сложных условиях; работы Емельянова C.B., Рутковского В.Ю., Гусева Ю.М., Зайнашева Н.К., Шаймарданова Ф.А., Ильясова Б.Г., Васильева В.И. и других, посвященные анализу и синтезу отказоустойчивых систем управления; работы Коренева Г.В., Юсупова И.Ю., Мура (Moore R.C.), Вернадата (Vernadat F.) и других, посвященные применению ситуационных и интеллектных методов для управления СТО. Вопросы методической п инструментальной поддержки управления в КС интенсивно исследуются достаточно давно и здесь применительно к широким типовым классам КС получены существенные результаты. Однако, даже при идеальном решении они создают лишь потенциальные возможности обеспечения безопасности, которыми экипаж должен своевременно и правильно воспользоваться. Реализация таких потенциальных возможностей представляет в условиях КС сложную задачу. В то же время вопросы автоматизированной поддержки решений при управлении в КС, связанные с обнаружением нарушений, оценкой их опасности, выбором цели и т.д. в специфических условиях неопределенности и ограниченного резерва времени мало исследованы. В данном направлении достигнуты частные результаты, предназначенные для применения на конкретных объектах в условиях конкретных нарушений. В настоящее время настоятельно необходим общий концептуально и теоретически обоснованный подход к решению этой проблемы и ее систематизированное исследование.

Основания для выполнения работы

Работа выполнена в период 1975-1994 гг. на кафедре автоматизированных систем управления Уфимского государственного авиационного техни-

ческого университета в рамках научно-исследовательских работ (Гос. peí 750100093, 77036885, 78022798, НИР 3-12-86, Зс-2-51-91/95 и др.) по зака зу предприятий авиационной промышленности (г. Москва, г. Жуковский] Работа поддержана государственным грантом по фундаментальным иссле дованиям в области авиационной и ракетно-космической техники (шиф] 94-4.5-44 по направлению "Искусственный интеллект в информационны и управляющих комплексах летательных аппаратов").

Цель, задачи и методика исследования

Цель работы - создание концептуальных и теоретических основ автома тизированной поддержки решений при управлении сложным техническим) объектами в КС в условиях неопределенности и дефицита времени и реали зация управленческих решений в форме лингвистического и программное обеспечения бортовых систем управления J1A.

Для достижения цели потребовалось решить следующие задачи:

1) Разработать концепцию автоматизированной поддержки решешн при управлении сложным техническим объектом в КС в условиях неопре деленности и дефицита времени.

2) Разработать математические модели внутреннего развития КС, от ражающие развитие опасных процессов.

3) Разработать математические модели внешнего развития КС, отра жающие качественные изменения ситуаций и правила принятия соответ ствующих управленческих решений.

4) Разработать лингвистическое и программное обеспечение для ре ализации автоматизированной поддержки процесса принятия решений i системе управления СТО в КС.

5) Провести исследования качества и эффективности предлагаемых ме тодов принятия управленческих решений в КС применительно к задач управления бортовыми системами JTA и их программной реализации дл: обеспечения тренажерных испытаний управляющей системы на пилотаж ном динамическом стенде-тренажере JIA.

При разработке концепции автоматизированной поддержки решений ис пользовались методы системного анализа. Разработка моделей проводи лась с использованием методов общей теории систем, теории оптимально го управления, теории статистических оптимальных решений, теории ие рархических систем, теории конечных автоматов, теории алгоритмов. Дл: разработки лингвистического и программного обеспечения применялиа

концепции непроцедурных языков программирования и методы создания программных средств.

Результаты, выносимые на защиту:

1) Концепция автоматизированной поддержки решений при управлении сложным техническим объектом в КС, базирующаяся на многоуровневой процедуре, включающей контроль очередных задач управления, выработку инструментальных вариантов управленческих решений, согласование инструментальных решений с решениями экипажа.

2) Математические модели внутреннего развития ситуаций, отражающие развитие неблагоприятных процессов, определяющих степень опасности ситуации (риска) и располагаемый резерв времени, базирующиеся на понятии ситуации управления как множестве векторов микроситуаций.

3) Математические модели внешнего развития ситуаций, отражающие переходы ситуаций под действием внутреннего развития, внешних факторов и в результате принятия управленческих решений, включающие иерархию графов переходов специального вида и алгоритм интерпретации, обеспечивающий формирование команд управления на основе контроля текущего состояния и обработки иерархии графов перехода.

4) Лингвистическое и программное обеспечение автоматизированной поддержки управленческих решений, базирующееся на моделях развития ситуаций и предназначенное для задания правил выработки инструментальных решений, согласования их с экипажем и реализации в форме команд управления режимами бортовых систем.

5) Результаты исследования качества и эффективности предлагаемых методов принятия управленческих решений в КС применительно к задаче управления бортовыми системами ЛА и их программная реализация для обеспечения тренажерных испытаний управляющей системы на пилотажно-динамическом стенде-тренажере ЛА.

Научная новизна результатов

Разработанная концепция автоматизированной поддержки решений характеризуется новизной как общей схемы иерархического формирования инструментальных вариантов решений на основе оценивания выполнимости и эффективности рабочих задач управления, так и процедуры согласования инструментальных решений с экипажем, основанной на учете вариантов распределения ролей в КС между экипажем и информационно-управляющей системой.

Предложенная модель ситуации как подмножества векторов микроситуаций в пространстве состояний динамического объекта и внешней среды обобщает известные понятия ситуации управления и строго определяет ситуацию в терминологии общей теории систем. Это позволяет построить классификацию ситуаций по критерию целедостижимости, в которой КС является разновидностью опасной ситуации и увязывается с другими видами ситуаций. Новыми являются результаты, устанавливающие свойства границы КС в пространстве состояний стационарной динамической системы, позволяющие строить границу КС на основе принципа максимума.

Новизна разработанной иерархической модели ситуаций связана с новизной многомерной рекурсивной иерархии, что обеспечивает возможность описания широкого класса КС; с новизной способа выдачи команд управления в зависимости от статуса или переходов ситуации, от текущего статуса других ситуаций, что обеспечивает большую гибкость при задании правил принятия решений; с новизной конструктивного интерпретирующего алгоритма, основанного на контроле текущего состояния модели, что обеспечивает однозначность интерпретации и эффективность реализации модели в системе управления.

Разработанное лингвистическое и программное обеспечение характеризуется как новизной самого языка, позволяющего в непроцедурной удобной для проектировщика форме задавать внешнее представление иерархической ситуационной модели, так и новизной его реализации: структуры внутреннего представления модели, обеспечивающей компактное использование постоянной памяти; метода контроля и адресации текущих состояний модели, обеспечивающего компактное использование оперативной памяти: транслятора и интерпретатора модели.

Практическая ценность и внедрение результатов

Практическую ценность имеют: концепция автоматизированной поддержки управленческих решений и модели КС как методология разработки системы управления СТО, функционирующей в условиях нарушений; язык внешнего описания моделей КС как средство задания в ситуационной форме правил принятия управленческих решений разработчиком системы управления; транслятор и интерпретатор моделей ситуаций как средства автоматизации разработки и функционирования системы управления.

Результаты, полученные в работе, внедрены в научно-производственном объединении "Молния" (г. Москва): комплекс языковых, алгоритмических и программых средств для реализации моделей иерархических процессов управления ЛА; комплекс моделей иерархических процессов для имитации работы и управления бортовых систем изделия 11Ф35; методика эксплуатации указанных средств и моделей. Перечисленные результаты пред-

назначены для быстрой разработки и внедрения на испытательный пилотажный динамический стенд-тренажер алгоритмов моделирования возникновения и развития КС и правил принятия управленческих решений для проведения испытаний их работоспособности и эффективности в тренажерных полетах с участием экипажей с целью отладки системы управления и обучения экипажей действиям в КС. Технические решения, внедренные в данном Объединении, защищены авторскими свидетельствами на изобретения. Разработанное программное обеспечение (транслятор и интерпретатор иерархических моделей) зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ РосАПО (per. №№940430 и 940431).

Апробация работы и публикации

Основные положения, представленные в диссертации, начиная с 1977 года, регулярно докладывались и обсуждались более чем на 20 научных конференциях, совещаниях, симпозиумах различного уровня, проводившихся в нашей стране и за рубежом по проблемам управления, безопасности полетов, обработки информации, эргономики, и получили положительную оценку. Результаты работы непосредственно отражены в 80 публикациях, в том числе в 1 монографии, 1 препринте РАН, 16 статьях, 40 изобретениях, 20 трудах конференций, а также депонированных рукописях и научно-технических отчетах.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 290 страницах, библиографического списка, включающего 185 наименований, и приложений, вынесенных в отдельную часть работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. ПРОБЛЕМА УПРАВЛЕНИЯ В КРИТИЧЕСКИХ СИТУАЦИЯХ И МЕТОДОЛОГИЯ ПОСТРОЕНИЯ

ЭФФЕКТИВНЫХ СИСТЕМ, ФУНКЦИОНИРУЮЩИХ В КС

Первая глава посвящена рассмотрению наиболее существенных (концептуальных) аспектов проблемы автоматизированной поддержки решений при управлении в КС. При анализе проблемы управления СТО в КС для выявления всех существенных сторон КС необходимо рассматривать укрупненный объект Техника-Человек-Среда, в котором текущая ситуация представляет собой укрупненную переменную управления. КС представляет собой такую ситуацию, в которой необходимы своевременные

меры для успешного предотвращения некоторых нежелательных последствий (катастрофических, аварийных или других. Такая трактовка КС близка к понятиям проблемной ситуации (в проблемологии) и особой или нештатной ситуации (в методологии и практике безопасности полетов). Особенности КС связаны с динамикой развития и временным фактором. С этих позиций рассмотрены КС, связанные с предупреждением предельных режимов функционирования и с выходом на такие режимы, с выполнением типовых операций и с предотвращением их ошибочного выполнения, с изменением программы функционирования в условиях нарушений.

При рассмотрении управленческого аспекта КС сделан вывод о необходимости разработки двух видов моделей:

• внутренней модели, отражающей количественную динамику развития критических процессов, степень опасности ситуации и резерв времени для принятия управленческих решений;

• внешней модель,, отражающей динамику качественного изменения ситуации и позволяющей увязывать с таким изменением соответствующие управленческие решения.

При рассмотрении неопределенностного аспекта КС отмечается два уровня неопределенности: неопределенность моделей, связанная с возникновением малоизученных нарушений, для которых в системе управления не предусмотрены модели их развития, и неопределенность параметров, сопровождающая нарушения, для которых в системе управления предусмотрены достаточно адекватные модели с заранее неизвестными конкретными параметрами (неопределенность момента возникновения КС, свойств объекта, состояния, возможностей и ресурсов управления. Активное устранение неопределенности параметров возможно на основе идентификации (оценивания) параметров в процессе развития КС.

При рассмотрении эргономического аспекта КС учитывается два источника решений: информационно-управляющая система (ИУС), формирующая инструментальные решения на основе априорных правил, и экипаж, формирующий неииструментальные решения на основе апостериорного анализа текущей ситуации. Отмечается двоякая роль человека как потенциального источника: ошибочных решений, обусловленных большой психологической нагрузкой и дефицитом времени, и эффективных творческих решений в нестандартных ситуациях.

Разработана концепция функциональной структуры ИУС для поддержки управленческих решений. Процесс управления в КС рассматривается как многоуровневая процедура, реализующая на каждом уровне некоторую рабочую (текущую) программу управления в виде совокупности задач управления. Цель управления состоит в реализации одной и:

глобальных программ путем переключения рабочих программ на различных уровнях иерархии при возникновении нарушений. Принятие решений о переключении рабочих программ включает: выявление необходимости смены рабочей программы па основе контроля выполнимости и эффективности ее задач; выбор инструментального варианта решения путем сравнения выполнимости и эффективности рабочей и других программ, которые потенциально могут стать рабочими; согласование инструментальных решений с решениями экипажа; реализация решения путем перехода на новую рабочую программу. Данная процедура увязана в работе по двум уровням иерархии: стратегическому и тактическому, и легко обобщается на многоуровневый случай. Используется обобщенное понятие ресурсов, включающее ресурсы функционирования, времени, материально-технические, информационные и др. Учитываются групповые ресурсы, используемые несколькими задачами управления. В основу согласования человеко-машинных решений положено четыре варианта распределения ролей между экипажем и ИУС в процессе управления, в соответствии с которыми строятся сценарии информационного сопровождения экипажа и устранения конфликтов решений, основанные на принципах учета резерва времени, взаимного разъяснения решений, диалога, приоритета.

Исходя из необходимости постоянных модификаций в процессе жизненного цикла ИУС, сделан вывод о целесообразности построения ИУС с явным использованием ситуационных моделей, интерпретируемых единым универсальным алгоритмом.

Глава 2. ВНУТРЕННИЕ МОДЕЛИ КРИТИЧЕСКИХ СИТУАЦИЙ

Во второй главе разрабатываются математические модели внутреннего развития КС, отражающие развитие неблагоприятных процессов, определяющих степень опасности ситуации и располагаемый резерв времени. На основании анализа известных подходов к описанию ситуаций управления сделан вывод о необходимости соединения классического динамического подхода к управлению СТО с ситуационным, что требует уточнения понятия ситуации управления в терминах общей теории систем.

Введенно понятие микр о ситуации (МС), представляющее собой вектор текущих характеристик системы: состояния, времени и функций входных воздействий (управляющих и возмущающих). Ситуация управления понимается как некоторое подмножество (класс) МС. Ставится задача конструирования ситуационного пространства динамической системы путем разбиения множества всех МС на непересекающиеся подмножества однородных (гомогенных) МС, соответствующих отдельным ситуациям. В качестве критерия однородности ситуаций введен критерий целедостижи-мости, требующий, чтобы все МС, составляющие ситуацию, были одина-

ковыми по отношению к достижимости цели управления. Этому критерию соответствует классификация МС по целедостижимости (рис. 1 ).

Микроситуация

.-1-1

Целевая Рабочая Запретная

! 1 Безопасная Опасная

Рис. 1.

Критическая Безвыходная Классификация _I_ микроситуаций

Внутренняя Граничная

Согласно классификации целевая МС соответствует состоявшемуся достижению, запретная: - недостижению цели управления, а рабочая - движению к одной из первых двух. Безопасная МС соответствует достижимости, а опасная - недостижимости цели на основе текущей стратегии управления. Безвыходная (закритическая) МС соответствует недостижимости цели при любой из допустимых стратегий и рано или поздно переходит в запретную МС. Критическая МС соответствует недостижимости цели на основе текущей стратегии управления, но достижимости ее на основе, по крайней мере, одной из допустимых стратегий.

Разработана формализованная модель ситуаций для динамической системы общего вида, заданной множествами моментов времени Т = {<}; состояний X = {г}; управляющих и возмущающих воздействий II = {к} и IV = {и>}; управляющих функций (стратегий) Т = {ч : Т [/}; возмущающих функций £1 = {ы : Т —» И7}; и т.д., которые удовлетворяют стандартным аксиомам начальных условий, направленности времени, физической реализуемости и др. Для текущих событий (х, ¿) задаются целевое С и запретное V множества. Субъект управления, выбирая стратегию V. стремится решить задачу ограничивающего управления с целью предотвращения запретного события (х, <) 6 V или терминального управления с целью достижения целевого события (г, I) £ б и, возможно, предотвращения запретного события (ж,2) £ V.

В такой системе МС представляет собой четверку (вектор) текущих характеристик: а — (х, V, и). Множество всех сг образует МС-пространство: — {а = (^^¡^^О : х £ £ Т,ь 6 Т,а> £ Ситуационное пространство есть фактор-множество 5, порождаемое некоторым конечным разбиением ё МС-пространства, а ситуации - элементы этого фактор-множества. Движение динамической системы в ситуационном пространстве описывается ситуационными траекториями, представляющими собой последовательности шагов (т.е. смены ситуаций во вре-

мени). Различают свободные и вынужденные ситуационные траектории (под действием неизменных или изменяющихся управляющей и возмущающей функций). Основываясь на этих понятиях введена система предикатов, формализующих введенные ранее на содержательном уровне понятия опасности (предикат ¿апдег(а)), критичности (сггИса1(сг)), граничности (.Ьогс1ег(сг)) ситуаций и др., а также понятие резерва времени тг(а).

Рассмотрена и проанализирована на общесистемном уровне задача конструирования ситуационного пространства, однородного по критерию це-ледостижимости. В рамках общего критерия целедостижимости рассмотрены более детальные критерии однородности: шаговая и траекторная однородность, однородность по видам переходов и др.

Базируясь на введенной системе понятий, исследованы ситуации стационарной динамической системы, заданной обыкновенными дифференциальными уравнениями: х = /(г, м), где Т = К1, X = Д", и С и компактно в нем. Множества О и V суть стационарные области в X, V - открыто и од-носвязно. Рабочая область В = /?п\(1/у С) замкнута и содержит границу ЗВ двух типов: дВа и дВ\/ - с целевой и запретной областью. Исследовалась проекция ситуационного пространства на пространство состояний. (Пример для двумерной системы представлен на рис. 2.) Показано, что

Рис. 2.

Ситуации в пространстве состояний

граница между КС и безвыходными/запретными ситуациями, необходимая для оценивания КС и резерва времени, определяется в пространстве состояний (граница ЗА). Доказан ряд утверждений о свойствах этой границы, важнейшие из которых сводятся к следующему:

• В общем случае граница ЭА состоит из двух участков: внешнего дЛу, являющегося частью границы запретной области V, и внутреннего ЗАо, образованного семейством предельных траекторий системы.

• Для внешнего участка границы ЗАу для каждого состояния х £ дВо для всех и(2) Е Тдля^ = ¿+0 выполняется условие: {п(х)-/(х, и)} > 0,

'х-у " О ~ Безвыходная х ,. 0 2 \ V — Запретная

ЗАВ \дВв

С - Критическая или Безопасная

МдВА)

дЕс Граничная

Е — Поли, безопасная сШо 0 в - Целевая

где га(ж) - вектор внешней единичной нормали границы в ж; /(ж, и) — вектор фазовой скорости в ж; {•) - скалярное произведение векторов.

• Предельные траектории, образующие внутренний участок дАи, обладают экстремальными свойствами: в момент достижения дВ они принадлежат границе множества достижимости объекта К(х, <) и соответствуют максимальному времени достижения границы дВ.

Для конструирования границы КС необходимо выделить в дВ участки дВд и дВо, исследуя знак выражения (п(х) ■ /(ж, и)). Отыскать граничное множество X' — д(дВд). На основе принципа максимума найти управления, обеспечивающие наибольшее время достижения границы множества дВ, используя X' в качестве начальных условий исходной и сопряженной системы. Найти множество траекторий, соответствующих начальным условиям X' и найденным управлениям, образующих границу дАв • Данная методика использована при построении границ КС и оценок резерва времени для системы второго порядка, допускающей точное решение, а также для КС самолета на взлете и при опасном сближении с землей.

Глава 3. ВНУТРЕННИЕ МОДЕЛИ КРИТИЧЕСКИХ СИТУАЦИЙ С НЕОПРЕДЕЛЕННЫМИ ГРАНИЦАМИ

В третьей главе рассматривается задача, возникающая в КС, связанных с неопределенными границами предельных режимов (ПР). В таких КС имеется два противоречивых требования: не допустить возникновение ПР и реализовать возможности функционирования объекта вблизи ПР, что сопровождается риском его возникновения. Рассматривается решения задачи на основе принципов дуального управления, когда в процессе управления по предупредительным признакам (ПП) уточняется положение границы ПР и на этой основе ограничивается состояние.

Разработаны вероятностные модели границы ПР, предупредительных признаков и объекта управления в условиях неопределенности (рис. 3). Граница ПР задается в виде гиперповерхности в пространстве состояний: (?(х,<7) = 0, д Е (ао,6о), где б - кусочно-гладкая функция; д - параметр неопределенности; (ао,Ьо) - априорный интервал неопределенности. Значение параметра д априори неизвестно, а известен лишь интервал (ао,£>о), внутри которого может быть дополнительно задано априорное распределение и>рго(д). В процессе управления контролируется вектор двоичных ПП г} = (771,7}2, • •., т/лг), свидетельствующих о приближении состояния к границе ПР. Заданы априорные интервалы неопределенности ПП (а,-,6,-), 9 ~ ¡¡V ^ (а>> где д —дг!1 ~ расстояние до границы в интервале параметра неопределенности, на котором появляется г-й предупредительный признак.

Внутри априорных интервалов неопределенности могут быть заданы распределения вероятностей расстояния до границы ПР: сорг{(д — дп,). Объект управления задан забросом в пространстве состояний Z(x(t),дB) в виде:

+ minieT

-min(€T

*(t),dB(g) И, x(t),dB(g) ||,

если x(t) £ В если x(t) 6 В

где Т - временной интервал управления; || х, дВ || - расстояние от точки х до границы дВ. Забросу £ соответствует заброс параметра неопределенности Д: А = Эг — 9г, где gt - текущее состояние в интервале параметра неопределенности; дг - максимальное значение параметра д, соответствующее забросу в пространстве состояний.

д = ао

Рабочая \ \ \ Запретная

область ^) \ \ \ область \ Неопределенность^

X А X А \

Рис. 3. Модель неопределенной границы ПР

Пространство G(r,ао) = О

состоянии

G(x,g) = О

Сконструированная процедура идентификации границы ПР в КС сводится к оцениванию параметра неопределенности. Найдены апостериорное распределение параметра неопределенности, с учетом которых получены его оценки. Апостериорное распределение параметра д определяется как

w.

ps

(а) = u(g\rn,T}2,...,Tin,xL(t)) = kupro(g) [|wpri(j - gni),

¡=i

где ы(д\т]1,щ,.. .,т]„ ,X£,(t)) - условная функция распределения параметра д при обнаружении п ПП и движении по траектории не пересекающей

границу ПР. Апостериорный интервал неопределенности Qps(g) представляет собой пересечение интервалов: (aps,bps): aps = тах(а^„, asn, ао), bps = min(bLn,bsn,bo). При движении в области неопределенности происходит сужение апостериорного интервала в результате "исследования" области неопределенности и уточнения границы ПР при появлении ПП.

О

Оценка <7п(х) параметра д определяется как максимальное значение у, удовлетворяющее неравенству: Г4 и>г,Лд)йд < у, где у > 0. В соответ-

& 8Т1

ствии с разработанным алгоритмом идентификация параметра д производится на основе контроля состояния дх и ПП т). В моменты появления ПП запоминается состояния </«, вычисляются границы апостериорного интервала и значение оценки параметра неопределенности. По результатам идентификации параметра неопределенности строятся ограничения на переменные состояния, обеспечивающие максимальную глубину проникновения в область неопределенности ПР при допустимом уровне вероятности ПР е. Необходимые ограничения включают две компоненты:

• ограничение на состояние, задаваемые текущей оценкой границы ПР, полученной в результате идентификации;

• ограничение на заброс, задающее необходимую осторожность при движении в области неопределенности, гарантирующую предотвращение выхода за границу при появлении признаков ПР.

Данные ограничения положены в основу системы управления, обеспечивающей предупреждение ПР в условиях неопределенности.

Аналитически исследованы потенциальные показатели качества предупреждения ПР на основе разработанного способа.

• Показано, что для обеспечения нулевой вероятности ПР необходимо существование хотя бы одного ПП с нулевой вероятностью непоявления: qi = 0, а; > 0. При этом необходимо ограничивать величину заброса в интервале параметра неопределенности величиной левой границы апостериорного интервала неопределенности, формируемого в процессе идентификации: дг < ар5.

• Показано, что минимальная вероятность ПР определяется вероятностью одновременного непоявления всех контролируемых ПП.

• Получены выражения для среднего значения глубины проникновения состояния в область неопределенности гср при заданном уровне вероятности ПР. Показано, что в практически важных случаях величина гср соизмерима со средним значением параметра неопределенности.

С целью проверки работоспособности и оценки справедливости принятых допущений проведено динамическое и статистическое моделирование на ЭВМ движения самолета с использованием предложенного метода предотвращения ПР. Моделирование динамики проводилось на комплексе моделей, включающих модель углового движения на больших углах атаки

вблизи срывных режимов и модель управляющей системы (автомата ограничений), содержащей контуры ограничения состояния, ограничения заброса, компенсационного воздействия. Моделирование динамики подтвердило принципиальную возможность активного обеспечения ограничений состояния и заброса, формируемых по результатам идентификации границы ПР. Статистическое моделирование проводилось на предварительно настроенных динамических моделях методом статистических испытаний при случайном варьировании параметра неопределенности, факта появления ПП и расстояния его от границы. Моделирование показало хорошее согласие теоретических и экспериментальных распределений и подтвердило существенное снижение вероятности ПР при приближении к границам ПР. В статистическом эксперименте вероятность ПР снижается более, чем на порядок по сравнению с известными способами. При этом реализуется, в среднем, 51-65% углов атаки в области неопределенности.

Глава 4. МОДЕЛИ ВНЕШНЕГО РАЗВИТИЯ СИТУАЦИЙ УПРАВЛЕНИЯ И ИХ АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Четвертая глава посвящена иерархическим моделям внешнего развития ситуаций и их интерпретации в процессе управления. Ставится задача разработки математического аппарата моделей, способного служить базисом, с одной стороны, для задания алгоритмов принятия управленческих решений на ситуационном уровне абстракции в процессе проектирования управления, с другой стороны, для интерпретации таких алгоритмов в процессе собственно управления. Разрабатываемый аппарат включает:

• собственно модели внешнего развития ситуаций, задающие множество ситуаций и связей между ними, а также связанные с ними управленческие решения;

• алгоритмы интерпретации (обработки) моделей в процессе управления для контроля текущих ситуаций и принятия решений.

Одноуровневая модель. Рассматривается граф ситуационной модели Г, - ориентированный мультиграф с конечными множествами вершин У(у) (трактуемых как ситуации управления) и дуг О ((Г) (петлевых и транзитных, трактуемых как возможные переходы ситуаций). Каждая дуга с1 Е Ю помечена символом с(с1) (управленческое решение). Дуги, исходящие из каждой вершины графа Г,, упорядочены по убыванию приоритетов. Каждой дуге графа поставлен в соответствие предикат активности ра{х), истинность которого определяется значением входного символа х (трактуемого как совокупность значений измеряемых параметров СТО). В множестве

вершин У(у) одна г>„ £ У(у) выделена в качестве начальной. Рассматрив ется последовательность дискретных моментов времени Т — (1,2,.., ...) номеров циклов интерпретации. Каждый цикл характеризуется активны надграфом Г(г) (графом Г, в котором сохранены лишь активные дуги Кроме того, каждый цикл характеризуется текущим состоянием модели одной из вершин графа. Текущее состояние может изменяться в течеш цикла интерпретации и передается следующему циклу.

Алгоритм интерпретации модели основан на обходе активного надгр фа из текущей вершины (на самом первом цикле - из начальной вершинь по приоритетным дугам с корректировкой текущего состояния и форм: рованием выходного слова путем сцепления символов активных дуг, I которым происходит движение. Цикл интерпретации заканчивается пр достижении вершины, не имеющей активных транзитных дуг. Такая ве] шина становится текущим состоянием модели, передаваемым следующ му циклу. Таким образом, в результате каждого цикла интерпретащ происходит коррекция текущей ситуации и формирование соответствуг щих ситуации управленческих решений. Данный алгоритм интерпретащ формализован в виде конструктивной последовательности шагов и в в и, уравнений конечного автомата, осуществляющего интерпретацию.

Одномерная иерархическая модель. Одноуровневая модель расш рена так, чтобы была возможность для любого состояния задавать поде стояния в виде состояний других (внутренних) моделей. Рассматривав ся конечное множество {Г} ситуационных моделей, каждая из которь включает граф ситуационной модели с набором предикатов активное' дуг, удовлетворяющий сформулированным выше требованиям. На пе вом уровне иерархии всегда находится одна модель Гь Любой верши] V1 6 Г1 может соответствовать некоторая внутренняя модель второ уровня Г2 £ {Г}. Аналогичным образом любой вершине ъ,к модели уро ня к может соответствовать некоторая внутренняя модель Г*:+1(и<:). Мн гоуровневая (иерархическая) модель задается деревом с конечным числс уровней, корень которого соответствует модели в целом, вершины соотве ствуюг вершинам отдельных ситуационных моделей, причем порожденнь вершины дерева соответствуют состояниям модели, внутренней для исхо ной вершины. Текущее состояние Ух иерархической модели представлж собой путь в дереве состояний от корня к одной из свободных верши Для единообразия интерпретации введены дуги погружения, связывающ] вершину с ее внутренней моделью. Алгоритм интерпретации предусм тривает обработку активных дуг погружения, что приводит к обработ внутренних моделей с последующим возвратом в исходную модель.

Исследованы эквивалентные преобразования одномерной иерархическ< модели. Доказано, что путем последовательного разукрупнения верни

в соответствии с предложенным алгоритмом такую модель всегда можно преобразовать в эквивалентную одноуровневую модель, т.е. одномерная иерархия является лишь формой представления одноуровневой модели.

Многомерная иерархическая модель. Одномерная модель дополнена свойством многомерности, когда каждая вершина может иметь не одну, а несколько внутренних моделей, связанных с исходной моделью своими дугами погружения (рис. 4). Каждая из внутренних моделей одной вершины интерпретируется независимо от других внутренних моделей той же вершины, чем достигается моделирование их параллельного развития. Такая модель интерпретируется алгоритмом, разработанным для одномерной иерархии, поскольку в нем нет явных ограничений на число дуг погружения.

В многомерной иерархии возникает необходимость взаимодействия между отдельными внутренними моделями. Разработан механизм такого взаимодействия, основанный на проверке текущего состояния одной модели из другой модели. Для этого в составе предикатов активности дуг предусмотрены предикаты пути, задающие некоторый путь в многоуровневой иерархии и принимающие истинные значения, если путь принадлежит активному надграфу модели. В процессе интерпретации при обработке дуги выполняется проверка активности пути, заданного этим предикатом.

Введен ряд других обобщений многомерной модели:

• внешние транзитные дуги, направленные из внешней модели во внутреннюю и позволяющие выполнять переход состояния во внешней модели по условиям, обнаруженным во внутренней модели;

• эпилоговая обработка внутренних моделей со специальным эпилого-вым статусом перед сменой состояния во внешней модели, позволяющей выполнять деактивирующие действия в этих случаях;

Рис. 4. Пример многомерной иерархической модели:

(¡1; с?2 - дуги погружения; с?з; с4/ <4 - транзитные

¿4; с?7 - петлевые дуги; ¿ъ - рекурсивная дуга;

¿э - внешняя дуга

дуги;

• общедоступные внутренние модели, на которые указывает несколь ко дуг погружения, что позволяет избежать дублирования при соста влении модели или выполнять многократную обработку внутренни: моделей в течение одного цикла интерпретации;

• рекурсивные дуги погружения, указывающие на свою собственнук модель или на модель, стоящую на иерархическом пути от собствен ной модели к корню, как на внутреннюю, что позволяет моделироват! ситуационное пространство с изменяющимся числом ситуаций.

Для всех перечисленных обобщений в работе построены алгоритмь интерпретации и приведены примеры, демонстрирующие их полезность Показано, что рекурсивные иерархические модели относятся к классу уни версальных моделирующих систем, равномощных машинам Тьюринга.

Глава 5. ЛИНГВИСТИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИЕРАРХИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ

В пятой главе разрабатывается язык для практического задания иерар хических моделей, и приемы его использования для решения практически: задач. Рассматриваются принципы, методы и средства трансляции внеш него представления иерархических моделей во внутреннее представление вычислительного комплекса и интерпретации в реальном времени для pea лизации управления ситуациями. Обсуждается использование результато; в процессе разработки информационно-управляющей системы ЛА.

Язык внешнего представления иерархических моделей. Разра ботан непроцедурный язык ситуационного уровня абстракции для прак тического описания иерархических моделей в процессе проектировани: информационно-управляющей системы. На рис. 5 приведен пример про стейшей иерархической модели (см. рис. 4), записанной на этом языке i содержащей исходную (тО) и две внутренние (mi и т2) модели.

Модель состоит из разделов, включающих предложения, содержащие набор опций. Модель начинается с ROOT-раздела, задающего внешнее имя по которому интерпретатор обращается к модели при ее обработке. Дале следуют PROCESS-разделы, описывающие элементарные модели. Внутр] элементарных моделей располагаются STATE-разделы, описывающие от дельные состояния и связанные с ними действия: акции (ACTION), пе реходы (JUMP) и погружения (DIVE). ACTION-предложения обеспечи вают вызов внешних процедур (как в данном примере) или выполнени заданных внутренних операций (вычислений). JUMP-предложения задаю' смену текущих состояний модели и условия, при которых это происходит DIVE-предложения указывают внутренние модели для данного состояния

ROOT mO

STATE si

ACTION _a4

STATE sO DIVE ml

DIVE m2 WHEN _a2 JUMP si WHEN _a3

PROCESS ml STATE s2

DIVE raO WHEN _aS JUMP S3 WHEN _a6 STATE s3

ACTION _a7 PROCESS m2 STATE s4

JUMP s5 WHEN _a8 STATE s5

JUMP EXT mO WHEN _a9

END

Рис. 5. Пример внешнего представления иерархической модели

Из наиболее важных опций отметим WHEN-опцию, задающую условия, при которых выполняются действия (в данном примере все WHEN-опции используют внешние процедуры для вычисления условий). В процессе интерпретации модели автоматически поддерживается статус обработки в специальной системной переменной STATUS. Статус может принимать значения: PROLOG - при первом цикле интерпретации данного состояния; GENERAL - при последующих циклах обработки; EPILOG - при эпило-говой обработке перед сменой данного состояния. Использование статуса позволяет задавать инициализирующие и деинициализирующие действия.

Выполнена строгая спецификация синтаксиса и семантики всех конструкций языка и рассмотрены методы и приемы использования языка: управление активностью действий; организация взаимодействия и синхронизации процессов; использование переменных и параметров, общедоступных и повторноиспользуемых процессов, массивов процессов и рекурсивных процессов. Подробно рассмотрены примеры решения задач.

Контроль текущего состояния иерархической модели. Интерпретация иерархической модели предполагает контроль и коррекцию текущего состояния модели, используемого как контекст применения правил принятия решений. Рассмотрена задача организации такого контроля. Теоретическое обоснование метода контроля текущего состояния выполнено для абстрактной иерархической модели, не учтенные при этом детали учтены при практической реализации механизма контроля. Информация о текущем состоянии модели размещается в оперативной памяти вычислительного комплекса, названной памятью текущего состояния (ПТС). Задача состоит в построении функции адресации, корректно отображающей элементарные процессы иерархической модели в адреса ячеек ПТС.

В основу метода адресации положено наблюдение о том, что в иерархиче ской модели многие ситуации не могут быть текущими одновременно, чт< позволяет экономно использовать ячейки ПТС, совмещая в них информа цию для нескольких ситуаций. Предложенный метод адресации основан н; отображении в одни участки адресного пространства внутренних иерархи ческих моделей, принадлежащих одному состоянию. Каждой элементарно! модели ставится в соответствие рекурсивно определяемое характеристи ческое число, задающее размер участка ПТС, необходимого для адреса ции всех внутренних его моделей. Использование характеристических чи сел позволяет при нисходящем рекурсивном обходе модели в процессе ин терпретации динамически рассчитывать адреса ПТС, соответствующп всем текущим элементарным моделям. Доказано, что полученная функци: адресации при корректном отображении адресов обеспечивает минималь ный объем ПТС. Практическая реализация функции адресации учитываем рекурсивные и повторной спользуемые модели путем расширения рассмо тренной схемы на основе динамического выделения участков ПТС.

Внутреннее представление иерархической модели. Внешне! представление, заданное разработчиком в виде совокупности предложенш языка, должно быть преобразовано во внутреннее представление, реали зуемое в системе управления. На основе принципов: производительности подразумевающего обеспечение достаточно быстрого поиска элементов ] модели, корректности, предполагающего достаточность имеющихся эле ментов и связей для корректной интерпретации модели, компактности направленного на сокращение размеров модели, разработана структур внутреннего представления модели. Модель размещается в сегментах че тырех типов: основном, содержащем основные элементы модели, дополни тельном, в котором размещаются списки аргументов неопределенной дли ны, динамических сегментах ПТС, сегменте внешних процедур. Определе на структура этих сегментов. Разработаны структуры данных, отвечаю щие элементам иерархической модели. Определены процедуры доступа и основной модели к списку аргументов, к внешним процедурам, к состоят! ям, к нижестоящим и вышестоящим элементам модели.

Трансляция и интерпретация иерархической модели. Рассмс трена задача трансляции внешнего представления иерархической моде л во внутреннее в соответствии со структурой внутренней модели и метод« контроля текущего состояния. Отмечается необходимость дополнительно функции, характерной для трансляции именно иерархических моделей связанной с настройкой параметров адресации (характеристических чи сел и собственных размеров) элементов модели. Предложена организаци процесса трансляции, при которой генерация внутренних структур эл£

ментов и установка связей выполняется с помощью стандартного транслятора языка программирования (например, макроассемблера), а настройка параметров адресации осуществляется специальной процедурой. Разработан и отлажен комплекс макроопределений стандартного макроассемблера (Microsoft), реализующие первые две функции.

Рассмотренная в работе версия интерпретатора представляет собой программу на языке Си, предназначенную для обработки в процессе управления внутренних иерархических моделей, порождаемых транслятором. В режиме инициализации модели интерпретатор подготавливает модель к работе и настраивает ее параметры адресации. В режиме интерпретации модели интерпретатор обрабатывает внутреннюю модель, отслеживая ее текущее состояние и вызывая внешние процедуры.

Использование результатов при разработке информационно-управляющей системы JIA. В завершающем разделе работы рассматривается применение результатов при разработке ИУС для изделия 11Ф35 ("Буран") на этапе спуска и посадки.

Рассматривается методика проектирования ситуационных моделей для управления комплексом БС, включающая этапы: разработки описательных и формализованных моделей ситуаций; испытания и настройки моделей на тренажерном стенде; оценки эффективности моделей. Эффективность моделей оценивается на основе аналитических расчетов, динамическим и статистическим моделированием на ЭВМ, в тренажерном эксперименте. Рассматриваются показатели эффективности: снижение вероятности опасных последствий КС; расширение возможностей функционирования объекта в КС; сокращение времени устранения КС.

Обсуждаются преимущества предлагаемой технологической схемы программной реализации ИУС, основанной на разработке ИУС с использованием языка иерархических моделей с последующей их трансляцией во внутреннее представление ПДСТ и бортового варианта ИУС. Высокий уровень абстракции языка ситуационных моделей и автоматическая трансляция моделей во внутреннее представление существенно сокращают (по крайней мере, в 2-2,5 раза) время получения внутренней модели.

Анализируются ресурсы вычислительного комплекса: объем памяти и процессорное время, необходимые для обеспечения работы составных частей ИУС: интерпретатора, ситуационных моделей. Отмечается заметное сокращение потребных объемов памяти при приемлемом быстродействии.

В заключение подводятся итоги и обсуждаются перспективы автоматизированной поддержки решений при управлении БС JIA в КС. Рассматриваются три уровня развития автоматизированной поддержки решений:

исходный - технические средства поддержки решений; настоящий -интел лектная поддержка стандартных решений; перспективный - интеллектна поддержка нестандартных решений. Отмечается, что настоящий уровен характеризуется использованием интеллектного подхода к организаци процесса управления, при котором правила принятия управленческих ре шений в формализованном виде заранее заносятся в ИУС, а конкретно управление формируется путем интерпретации правил в текущем контек сте, что соответствует интеллектной поддержке стандартных решениг При рассмотрении перспектив дальнейшего развития разработанного под хода управления в КС обосновывается необходимость интеллектной под держки нестандартных решений путем: организации целенаправленног (проблемного) отображения информации для экипажа; пополнения баз! знаний ИУС новыми правилами принятия решений в ходе развития не стандартной ситуации (при большом резерве времени); контроля психс физиологического состояния экипажа и управления им в целях предотвра щения стресса, паники, повышения концентрации внимания, мышления творческой активности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Работа посвящена решению актуальной и малоисследованной проблем! разработки концептуальных и теоретических основ автоматизированно поддержки решений при управлении сложными техническими объектам в критических ситуациях, с целью обеспечения своевременного и правил! ного выбора и переключения режимов функционирования бортовых систе] при возникновении нарушений в условиях неопределенности и ограниче! ного резерва времени. Эта проблема имеет важное народнохозяйственно значение в комплексе проблем, связанных с обеспечением безопасност функционирования сложных технических систем (в частности - ЛА). ! ходе исследования получены следующие результаты.

1) Предложена концепция автоматизированной поддержки ре шений при управлении сложным техническим объектом в КС

Концепция базируется на многоуровневой процедуре, включающей:

• контроль выполнимости и эффективности задач управления, н; правленных на достижение цели, с учетом располагаемых р< сурсов (функционирования, жизнеобеспечения, времени, состояни: материально-технических, информационных) в условиях нарушенш

• выработку инструментальных вариантов управленческих решений п переключению рабочих программ выполнения текущих задач упр; вления на основании заранее предусмотренных правил;

• согласование инструментальных решений с решениями экипажа, полученными в результате анализа экипажем конкретной ситуации, и реализация решений путем переключения программы управления.

Предложенная процедура согласования инструментальных решений с экипажем основана на введенной концепции гибкого распределения ролей в человеко-машинном взаимодействии, отражающего взаимный приоритет человека и машины при управлении в КС.

2) Разработаны математические модели внутреннего развития

КС, отражающие развитие неблагоприятных процессов и определяющие степень опасности ситуации, а также располагаемый резерв времени для принятия решения, и базирующиеся на предложенной динамической модели ситуации управления как подмножества векторов микроситуаций в пространстве состояний динамического объекта и внешней среды. Модель внутреннего развития КС включает в себя:

• Общесистемную модель ситуаций и ее приложение к стационарным динамическим системам. Модель включает:

- систему классификации ситуаций управления по целедостижимо-сти, позволяющую оценивать степень опасности (риска) текущей ситуации и возможность предотвращения опасных последствий;

- установленные свойства границ КС в пространстве состояний стационарной динамической системы, позволяющие построить процедуру распознавания КС и оценивания располагаемого резерва времени для принятия управленческих решений на основе соотнесения текущего состояния с областями ситуаций.

• Модель управления в КС с неопределенными границами. Модель содержит следующие компоненты:

- контур идентификации неопределенной границы предельного режима на основе контроля предупредительных признаков;

- контур ограничения состояния по результатам идентификации;

- контур обеспечения осторожности в области неопределенности, необходимый для предотвращения предельного режима при неожиданном появлении предупредительного признака.

3) Разработаны математические модели внешнего развития КС и управления ими, отражающие качественные изменения (переходы) ситуаций под действием внешних факторов, внутреннего развития и в результате принятия управленческих решений. Модели включают:

• иерархию элементарных одноуровневых моделей в виде графов пере ходов, в которой каждая ситуация элементарной модели может имет одну или несколько подчиненных (внутренних) элементарных моде лей, позволяя отражать иерархию моделируемого объекта, задават обобщение правил принятия решений (когда вышестоящие правил применяются для всех нижестоящих в иерархии ситуаций), выпол нять нисходящее проектирование моделей;

• правила принятия решений, задаваемые командными символами ду элементарных моделей и предикатами активности дуг, что позволяв1 формировать решения в зависимости от текущей ситуации, ее стат} са, от перехода текущей ситуации и от текущих ситуаций други активных элементарных моделей;

• алгоритм интерпретации моделей, заданный в конструктивной форм и обеспечивающий формирование управленческих решений на основ контроля текущего состояния модели и рекурсивной обработки ие рархии графов переходов.

В целом, предложенная иерархическая модель внешнего развития К( есть разновидность модели интеллектного управления, представляюща собой сочетание базы знаний, содержащей правила принятия управлеи ческих решений (в иерархической ситуационно-динамической форме), универсального алгоритма интерпретации знаний (в форме алгоритма оС работки иерархических моделей), формирующего управление на основе те кущего контекста (текущего состояния модели).

4) Разработано лингвистическое и программное обеспечени автоматизированной поддержки процесса принятия у прав ленче ских решений, базирующееся на моделях ситуаций и предназначенно для задания правил выработки решений, согласования их с экипажем реализации в форме команд управления. Обеспечение включает:

• Язык внешнего представления ситуационных моделей, пре£ назначенный для представления знаний разработчиков системы упр; вления и позволяющий задавать модели развития ситуаций и соот ветствующие правила принятия управленческих решений. Язык бг зируется на разработанной иерархической модели внешнего развитн ситуаций и полностью реализует ее возможности. Кроме того, язы имеет ряд признаков, повышающих удобство его практического ш пользования: возможность передачи аргументов при погружении в внутренние модели; возможность задания и использования переме! ных и выражений; возможность задания массивов моделей, обеспеч! вающих множество единообразно построенных моделей.

• Транслятор внешнего представления ситуационных моделей во внутреннее представление, реализуемое в вычислительном комплексе системы управления. Транслятор представляет собой набор разработанных макросов, обеспечивающих макрорасширение предложений исходного языка фрагментами структуры данных внутренней модели. Разработанная структура внутренней модели представляет собой компактное отображение внешнего представления.

• Интерпретатор ситуационных моделей, осуществляющий поддержку и реализацию решений на основе обработки в реальном масштабе времени внутреннего представления ситуационной модели и выработки предусмотренных моделью сообщений экипажу и команд переключения режимов бортовых систем, представляет собой программу, реализующую алгоритм интерпретации иерархической модели. В интерпретаторе реализован метод контроля и адресации текущего состояния иерархической модели, основанный на совмещении адресов оперативной памяти, используемых для хранения информации о неодновременных ситуациях.

5) Проведена оценка показателей качества и эффективности предлагаемых методов принятия управленческих решений

в КС применительно к задаче управления комплексом бортовых систем ЛА и их программной реализации для обеспечения тренажерных испытаний информационно-управляющей системы на пилотажном динамическом стенде-тренажере изделия 11Ф35. Оценка производилась аналитическими методами теории оптимальных статистических решений, методами динамического и статистического моделирования на ЭВМ, методами расчета на вероятностных графовых моделях и в тренажерных экспериментах. Эффект от использования результатов, выражается в следующем:

• Повышается безопасность функционирования объекта за счет автоматизированной поддержки решений в КС на основе разработанных концепции и моделей ситуаций, что выражается в

- снижении вероятности опасных последствий КС за счет контроля ситуаций и своевременного переключения режимов управления (в рассмотренном примере - на порядок);

- расширении возможностей управления за счет обоснованного риска при движении в области неопределенности (в рассмотренном примере

- на 50 %);

- снижении времени ликвидации КС (в рассмотренном примере - на 60-80 %).

• Снижается трудоемкость и время проектирования, отлад ки и дальнейшей модификации системы управления за сче

использования языка концептуального уровня при задании моделе принятия решений, дальнейшей автоматической трансляции во вн; треннее представление системы управления и последующей инте] претации в процессе управления (в 2-2,5 раза).

• Улучшаются технические характеристики реализации с! стемы управления, что выражается в относительном снижен! потребного объема памяти (постоянной - в 3-4 раза и оперативнс - на 40-65 %) при сохранении требуемого быстродействия.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ

1] Миронов В.В. (1977). Ограничение предельных режимов объектов упр вления в аварийных ситуациях. // Управление сложными техническими с стемами: Межвуз. научн. сб. 1. - Уфа, с. 37-43.

2] Миронов В.В. (1978). Идентификация состояния объекта управления с носительно границы критического режима в аварийных ситуациях. // Упр вление сложными техническими системами. - Уфа, с. 78-84.

3] Миронов В.В., Юсупов Р.И. (1978). Моделирование активного ограи чения критических режимов объекта управления в аварийных ситуациях. Теория и методы математического моделирования: Тез. докл. VII Всесою: совещ. - М: Наука, с. 241-242.

4] A.c. 638998 (1978). Устройство для предупреждения аварийных ситуащ / В.В.Миронов, И.Ю.Юсупов, Н.М.Дубинин и др. Бюл. 47.

5] A.c. 671181 (1978). Устройство для предотвращения сваливания петельного аппарата в аварийных ситуациях. / В.В.Миронов, И.Ю.Юсуп Н.И.Юсупова. ДСП.

6] A.c. 701053 (1978). Устройство для автоматизированного переклю ния рабочего органа летательного аппарата в критических ситуациях Б.Н.Петров, И.Ю.Юсупов, Б.Г.Ильясов, В.В. Миронов и др. ДСП.

7] A.c. 701330 (1979). Устройство для автоматизированного управления о' ектом. / В.В.Миронов, И.Ю.Юсупов, Л.М.Бакусов и др. ДСП.

8] A.c. 713338 (1979). Устройство для идентификации границы критическ режима в аварийных ситуациях. / В.В.Миронов, И.Ю. Юсупов, Р.И.Юсу и др. ДСП.

9] A.c. 716226 (1979). Устройство для ограничения критического режим; В.В.Миронов, Р.И.Юсупов, Н.И.Юсупова и др. ДСП.

10] A.c. 940588 (1981). Устройство для определения критического режима. / В.В.Миронов, И.Р.Юсупов, Р.Р.Исаенко и др. ДСП.

11] A.c. 947890 (1981). Устройство для предупреждения аварийных ситуаций. / В.В.Миронов, И.Ю.Юсупов, Ф.М.Зонабенд и др. Бюл. 28.

12] A.c. 951825 (1881). Устройство для предотвращения критического режима JIA. / В.В.Миронов, И.Ю.Юсупов, Ф.М.Зонабенд и др. ДСП.

13] A.c. 981943 (1981). Устройство для автоматизированного управления объектом. / В.В.Миронов, И.Ю.Юсупов, Л.Я.Бухарбаева и др.

14] A.c. 1012699 (1982). Устройство для формирования управляющей информации в критических ситуациях. / В.В.Миронов, И.Ю.Юсупов, и др. ДСП.

15] Миронов В.В., Головкин Ю.Б., Юсупова Н.И. (1983). Об оценивании состояния критических ситуаций сложных технических систем. // Управление сложными техническими системами: Межвуз. науч. сб. 6. - Уфа, с. 126-133.

16] A.c. 1042483 (1983). Устройство для обнаружения критической ситуации. / В.В.Миронов, И.Ю.Юсупов, Ю.Б.Головкин и др. ДСП.

17] A.c. 1064290 (1983). Устройство для контроля развития критической ситуации. / В.В.Миронов, В.И.Громов, Н.И.Юсупова, Ю.Б. Головкин. Бюл. 48.

18] Миронов В.В., Головкин Ю.Б., Юсупова Н.И. (1984). Кодирование состояний при оценивании развития критических ситуаций. // Управление сложными техническими системами: Межвуз. науч. сб. 7. - Уфа, с. 65-72.

19] A.c. 1129645 (1984). Устройство для определения состояния критической ситуации. / В.В.Миронов, И.Ю.Юсупов, А.Г.Каримов и др. Бюл. 46.

20] Миронов В .В., Головкин Ю.Б., Юсупова Н.И. (1985). Об алгоритмах управления по состоянию ситуации. // Управление сложными технич. системами: Межвуз. научн. сб. 8. - Уфа, с. 107-111.

21] A.c. 1174959 (1985). Устройство для контроля развития критической ситуации. / В.В.Миронов, Н.И.Юсупова, Ю.Б.Головкин и др.. Бюл. 31.

22] Миронов В.В., Головкин Ю.Б., Юсупова Н.И. (1986). Об автоматной модели дипамичссксй ситуации. // Управление сложными техническими системами: Межвуз. науч. сб. 9. - Уфа, с. 3-10.

23] A.c. 1242990 (1986). Устройство для контроля состояния критической ситуации / В.В.Миронов, Н.И.Юсупова, Ю.Б.Головкин, Р.А.Ярцев. Бюл. 25.

24] A.c. 1243010 (1986). Устройство для определения состояния критической ситуации. / В.В.Миронов, А.Г.Каримов, Ю.Б.Головкин. Бюл. 25.

[25] Миронов В.В., Головкин Ю.Б., Юсупова Н.И. (1987). Об автоматной модели ситуационного управления. // Управление сложными технич. системами: Межвуз. науч. сб. 10. - Уфа, с. 99-111.

¡26] A.c. 1389544 (1987). Устройство для контроля состояния критической ситуации / В.В.Миронов, Н.И.Юсупова, Ю.Б.Головкин, P.A. Ярцев. ДСП.

[27] A.c. 1394986 (1987). Устройство для контроля состояния критической с туации / В.В.Миронов, Н.И.Юсупова, Ю.Б.Головкин и др. ДСП.

[28] A.c. 1429149 (1988). Устройство для контроля состояния критической < туации / В.В.Миронов, Н.И.Юсупова, Ю.Б.Головкин, P.A. Ярцев. Бюл. 3'

[29] A.c. 1452367 (1988). Устройство для контроля выполнения команд ynj вления летательных аппаратов. / В.В.Миронов, А.Г. Каримов, П.Ф.Ларчег и др. ДСП.

[30] Миронов В.В., Ярцев P.A. (1989). О синтезе ситуационной модели уп] вления. // Вопросы регулирования и управления в сложных системах: Me вуз. науч. сб. - Уфа, с. 53-59.

[31] Миронов В.В., Ярцев P.A. (1990). Иерархические процессы и их ; ализация. // Вопросы управления и проектирования в информ. и кибе] системах: Межвуз. научн. сб. - Уфа, с. 179-186.

[32] A.c. 1611126 (1990). Устройство для выдачи сообщений. / В.В. Миров А.Г.Каримов, П.Ф.Ларченко и др. ДСП.

[33] A.c. 1626940 (1990). Устройство для выдачи сообщений. / В.В. Миро» А.Г.Каримов, П.Ф.Ларченко и др. ДСП.

[34] Миронов В.В., Ярцев P.A. (1991). Об автоматизации управления иер; хическиыи процессами в сложных системах. / Рукопись депонир. в ВИНИ' 30.09.91 №3822-В91. - М. - 83 с.

[35] Миронов В.В., Гончар JI.E. (1992). Массивы иерархических процесс // Управление в сложных системах: Межвуз. научн. сб. - Уфа, с. 15-23.

[36] Миронов В.В., Юсупова Н.И. (1992). К определению резерва epei ни системы управления в критической ситуации. // Вопросы управления проектир. в информац. и кибернетич. системах. - Уфа, с. 21-30.

[37] A.c. 1709367 (1992). Устройство для выдачи сообщений. / В.В. Миро» А.Г.Каримов, П.Ф.Ларченко и др. Бюл. 4.

[38] Mironov, V.V. (1993). Man-machine control systems decision coordination critical situations. In Proc. of the Int. Conf.: Ergonomics in Russia and Aroi the World, volume 1, pages A29-A31, St .Petersburg, Russia, June 1993. IEA.

[39] Ильясов Б.Г., Миронов В.В., Юсупова Н.И. (1994). Модели пре; преждения критических режимов управляемых объектов в условиях неоп] деленности: Препринт / УНЦ РАН. Уфа. - 52 с.

[40] Ильясов Б.Г., Миронов В.В., Юсупова Н.И. (1994). Иерархичеа модели процессов управления: описание, интерпретация и лингвистичеа обеспечение. - Уфа: изд. УГАТУ. - 152 с.

[41] Миронов В.В., Юсупова Н.И. (1994). Интеллектуальное управле] техническими объектами в критических ситуациях. // Первый межд. симп "Интеллектуальные системы 94". - Махачкала, июнь 1994, с. 11-14.