PowerAnt - Могучий Муравей: Научи Свой компьютер Управлять Реальным Миром
PowerAnt это программное управление через RS-232 порт 14 и больше внешними устройствами с помощью компьютера. Открытый, текстовый, хорошо задокументированный протокол управления. Управление электроприборами с потребяемой мощностью до 200Вт. Хотите управлять Реальным Миром даже из MS Excel?.
 Применение
Компьютерный клуб
Компьютерная сеть
Домовая сеть
Умный дом
Прочее
 PowerAnt
Описание
Применение
Тех. характеристики
Документация
Фотографии
 Базовая станция
Описание
Применение
Тех. характеристики
Документация
 Типы PowerAnt
SwSe
SwSw
SeSe
 Скорость работы
MS-DOS
Linux
MS Windows 98
MS Windows 98, Perl
 Программирование
Примеры на Perl
C/C++ - c чего начать
C/C++ - примеры
MS Access 2000
MS Excel 2000
 Заказ
Комплектность
Цены
 ЧаВо
 Новости сайта RSS
 Статьи
 Контакты
 Рейтинги
Яндекс цитирования Каталог ресурсов ListTop.Ru Rambler's Top100

УДК 681.142.5

О. В. Пастухов, аспiрант

Особливостi побудови мiкросистем iмiтацiйного моделювання

Реферат Abstract

Вступ

Бiльшiсть складних систем керування прямо чи побiчно зв'язанi з системами моделювання. Фактично кожна система керування на початковому та наступних етапах проходить крiзь стадiю побудови ⌡⌡ моделi. Звичайно на цому вплив системи моделювання на кiнцеву систему керування припиня≤ться. Як виявилось, застосовувати засоби моделювання корисно не тiльки на етапi розробки, а й в дiючий системi керування, що обумовлено великою кiлькiстю факторiв [1].

Залучення до складу системи керування пiдсистеми iмiтацiйного моделювання наклада≤ на не⌡ додатковi, особливi вимоги, що дозволя≤ видiлити окремий клас мiкросистем iмiтацiйного моделювання. Далi пiд мiкросистемами iмiтацiйного моделювання (МIМ) будемо розумiти пiдсистеми моделювання (ПСМ), якi вбудовуються в системи керування (СК) з метою пiдвищення ⌡х ефективностi.

Варiанти використання

По-перше, необхiднiсть в використаннi пiдсистеми моделювання в складi системи керування, викликана необхiднiстю прогнозування реакцi⌡ системи, якою керують, на потiк керування для штатних режимiв та при виникненнi непередбачених випадкiв у реальному масштабi часу.

Iсну≤ два основних варiанта використання мiкросистем моделювання в складi системи керування - вiдстежування та прогнозування.

Вiдстежування може використовуватися з метою виявлення зiпсування об'≤кту який моделю≤ться та з метою отримання невiдомих з технiчних причин параметрiв функцiонування. Структурна схема використання МIМ у варiантi вiдстежування вiдображена на рисунку 1. Треба зазначити, що в випадку виявлення зiпсування, моделювання може розпочинатись в будь який момент часу роботи системи керування, тому, що всi необхiднi параметри об'≤кта, дiяльнiсть якого моделю≤ться вiдомi i треба лише повести параметричну настройку моделi та iнiцiювати моделювання.

Випадок використання пiдсистеми моделювання з метою отримання невiдомих параметрiв бiльш складний. Моделювання повинно розпочатися в момент початку роботи систем i безперервно продовжуватись на протязi всього часу ⌡⌡ роботи. Якщо моделювання буде iнiцiйовано не в момент старту СК - система моделювання повинна мати спецiальнi засоби для погодження параметрiв моделi з параметрами реального об'≤кту.


Рисунок 1. Вiдстежування

При прогнозуваннi iмiтацiйна модель використову≤ться з метою аналiзу реакцi⌡ системи на потiк керування. Схема роботи МIМ в цому варiантi зображена на рисунку 2. Система моделювання отриму≤ з зовнiшнього генератора множину варiантiв команд керування, якi подаються на вхiд моделям. Отриманi результати моделювання передаються в систему керування для виявлення найбiльш вдалого варiанту програми керування.


Рисунок 2. Прогнозування

Iншi варiанти використання мiкросистем iмiтацiйного моделювання звичайно ≤ комбiнацiями прогнозування та вiдстежування.

Вимоги до мiкросистем iмiтацiйного моделювання

Вимоги до побудови пiдсистеми моделювання бiльшою мiрою вiдповiдають вимогам до побудови сучасного програмного забезпечення систем керування [1]:

·   об'≤ктно-орi≤нтована технологiя програмування;

·   графiчний iнтерфейс користувача;

·   анiмацiя;

·   вза≤модiя з зовнiшнiм оточенням в реальному часi;

·   архiтектура клi≤нт-сервер;

·   вiдповiднiсть стандартам.

·   незалежнiсть вiд обчислювально⌡ платформи

Зважаючи на особливостi побудови пiдсистеми моделювання в складi системи керування слiд ще додати особливi вимоги:

·   пiдтримка апаратно⌡ акселерацi⌡;

·   розподiленiсть обчислень;

·   особливий протокол вза≤модi⌡ з оператором.

Можлива структура МIМ, яка задовольня≤ всi вказанi вище вимоги, запропонована на рисунку 3.


Рисунок 3. Структура МIМ

Основними елементами МIМ ≤:

·   ядро системи моделювання - програма за допомогою яко⌡ проводиться моделювання;

·   репозiтарiй компонентiв - бiблiотека пiдпрограм, та ⌡х опис (об'≤ктно-орi≤нтована технологiя програмування);

·   засоби керування експериментом - набiр методiв планування, налагодження та проведення експерименту;

·   засоби вiдображення результатiв моделювання - набiр методiв, за допомогою яких можна отримувати результати моделювання.

Наявнiсть iнших елементiв залежить вiд необхiдностi та дикту≤ться вимогами до конкретно⌡ реалiзацi⌡ СК

·   засоби розробки моделей - спецiалiзована оболонка розробника моделей (графiчний iнтерфейс користувача);

·   iнтерфейс оператора - реалiзу≤ особливий протокол вза≤модi⌡ з оператором;

·   засоби забезпечення розподiле-ностi моделювання - спецiальнi засоби за допомогою яких можна розподiляти планування експерименту мiж декiлькома обчислювальними пристроями;

·   репозiтарiй моделей - бiблiотека готових до вжитку моделей (об'≤ктно-орi≤нтована технологiя програмування);

·   графiчне вiдображення роботи моделi - анiмацiя процесу моделювання;

·   мiст до реального об'≤кту - реалiзу≤ вза≤модiю з зовнiшнiм оточенням в реальному часi;

·   апаратний акселератор - спецiалiзований пристрiй, за допомогою якого збiльшу≤ться швидкiсть виконання деяких ресурсо≤мких операцiй (пiдтримка апаратно⌡ акселерацi⌡).

Аналiз iснуючих аналогiв МIМ

Порiвняння iснуючих систем проведено згiдно з визначеними вимогами та запропонованою структурою.

Всi розглянутi системи моделювання виконанi за допомогою об'ектно орi≤нтовано⌡ технологi⌡ програмування. Звичайно використовуються мови програмування C++, Java, Smalltalk.

Особливий iнтерес представля≤ питання про наявнiсть графiчного iнтерфейсу з користувачем, та анiмацiя процесу моделювання. Бiльшiсть систем моделювання мають графiчний iнтерфейс, але цей iнтерфейс ≤ вбудованим в ядро системи моделювання, що не вiдповiда≤ визначенiй структурi МIМ. Як слiдство, використання таких систем моделювання обмежене колом обчислювальних платформ з графiчним iнтерфейсом користувача.

Вза≤модiя з зовнiшнiм оточенням в реальному часi в бiльшостi систем моделювання не забезпечу≤ться. Праця в реальному часi реалiзована в системах прогнозу погоди та моделювання вiртуально⌡ реальностi. При цому першi - повиннi закiнчувати моделювання до визначеного моменту часу [2-4] (iнакше моделювання не ма≤ сенсу), а другi - повиннi проводити моделювання не швидше та й не повiльнiше нiж масштаб реального часу [5]. Iншi з розглянутих систем моделювання не мають спецiалiзованих засобiв, за допомогою яких ⌡х можна вiднести до систем моделювання реального часу.

Архiтектура клi≤нт-сервер найбiльш розвинута в системi G2 [6]. Цю систему можна сприйняти як гарний приклад. Взагалi наявнiсть пiдтримки архiтектури клi≤нт-сервер властива риса бiльшостi систем моделювання, якi реалiзованi за допомогою специфiкацi⌡ CORBA, COM, EJB.

Вiдповiднiсть стандартам ≤ важливою складовою частиною вимог до МIМ. При побудовi систем моделювання повинно використовуватися декiлька стандартiв. В першу чергу це стандарт на мову програмування та використання стандартних бiблiотек методiв, що ма≤ особливе значення для мови програмування C++. Також iснують стандарти на представлення iнформацi⌡ та на вхiдну iнформацiю, що особливо помiтно в системах прогнозування погоди [2-4] та моделювання шляхового руху [7-11].

Незалежнiсть вiд обчислювально⌡ платформи в бiльшо⌡ мiрi не характерна для iснуючих систем моделювання, це пов'язано з тим, що системи моделювання розробляються та використовуються на однiй апаратнiй платформi, тому спецiально пiд не⌡ оптимiзованi. Дуже розповсюджена пiдтримка платформо-незалежностi за допомогою використання стандартно⌡ мови програмування C++[12], компiлятори до яко⌡ iснують для бiльшостi операцiйних систем. Найчастiше використову≤ться дуже поширений для багатьох платформ - компiлятор GCC. В такому разi, графiчна оболонка користувача реалiзу≤ться за допомогою стандарту X-Windows, реалiзацi⌡ якого ≤ для бiльшостi операцiйних систем. Цей пiдхiд припуска≤ перекомпiляцiю системи моделювання пiд конкретну операцiйну систему.

Iсну≤ ще один пiдхiд в реалiзацi⌡ платформо-незалежностi це використання iнтерпретуючих систем програмування, найбiльш поширеними з яких ≤ Smalltalk та Java. Використання Smalltalk менш поширене[13]. В разi використання Smalltalk система моделювання обмежуються колом апаратних платформ з графiчним iнтерфейсом. Згiдно з iдеологi≤ю цi≤⌡ мови можна вiдокремити графiчний iнтерфейс, але це дуже складно та не природно для цi≤⌡ системи програмування.

Використання Java поширене значно бiльше [14-16], це обумовлено декiлькома факторами. Найбiльш важливим них ≤ заявлена фiрмою виробником платформо-незалежнiсть цi≤⌡ технологi⌡ програмування. Наявнiсть iнтерпретаторiв Java для бiльшостi платформ робить цю технологiю дуже привабливою, якщо однi≤ю з цiлей створення системи моделювання ≤ платформо-незалежнiсть.

Оскiльки моделювання дуже ресурсо≤мкий процес, його можна прискорити, якщо використовувати спецiальнi апаратнi засоби. Використання спецiальних апаратних засобiв найбiльш поширене в спецiалiзованих системах моделювання [5,17-20]. Дiапазон цих засобiв почина≤ться з використання стандартних засобiв широкого вжитку, наприклад стацi⌡ Silicon Graphics Inc. [17], та заверша≤ться спецiалiзованими мiкропроцесорами [20]. При цому слiд зазначити, що спецiальнi апаратнi засоби можуть використовуватись як для пiдвищення швидкостi роботи всi≤⌡ системи моделювання (бiльш швидкiснi центральнi процесори) так i для пiдвищення швидкостi виконання окремих операцiй, наприклад, використання апаратних акселераторiв для побудови графiчних зображень [5].

Крiм того моделювання ма≤ дуже специфiчну властивiсть - необхiднiсть багаторазового прогону моделi з рiзними параметрами. Це вказу≤ на природну потребу розподiленого виконання процесу моделювання. Iсну≤ небагато систем, якi прямо використовують цю властивiсть. Пiд прямим використанням розумi≤ться розподiлення процесу моделювання на бiльш високому рiвнi - мiж конкретними обчислювальними пристроями. Пiд непрямим використанням може розглядатись тiльки використання механiзмiв розподiлення обчислень вбудованих в операцiйну систему, наприклад потокiв (Thread).

Iсну≤ небагато систем [6,12,16], в яких по≤днуються цi два пiдходи. В бiльшостi випадкiв використовуються тiльки засоби вбудованi в операцiйнi системи.

Дуже специфiчною ≤ вимога до особливого протоколу вза≤модi⌡ з оператором. Якщо система моделювання вбудову≤ться в систему керування, то в якостi оператора може виступати як оператор-людина так i програма керування. Зрозумiло, що для людини потрiбен графiчний зручний iнтерфейс користувача. Бiльшiсть систем моделювання реалiзу≤ цю вимогу, в дуже специфiчнiй формi [5,21]. Реалiзацiя спецiалiзованого iнтерфейсу, крiм графiчного iсну≤ тiльки в деяких системах моделювання [5,12,22]. Бiльш того в багатьох системах моделювання iнтерфейс з користувачем ≤ вбудованим в ядро системи керування, що виключа≤ можливiсть вiдокремлення графiчного iнтерфейсу вiд системи моделювання, отже цi системи не можуть вбудовуватися до систем керування, в яких вiдсутнi засоби роботи з оператором-людиною, що ≤ ⌡х недолiком. Тому ядро системи моделювання повинно мати програмний iнтерфейс для реалiзацi⌡ будь-якого типу iнтерфейсу з оператором.

В багатьох випадках результатом моделювання ≤ графiчне вiдображення самого процесу моделювання - анiмацiя. Iнодi графiчне представлення ≤ ≤диною цiллю самого моделювання [2-5]. Звичайно цей процес дуже ресурсо≤мкий, i коли вiдображення непотрiбно воно повинно легко вiдключатися вiд системи моделювання, що i iсну≤ в окремих випадках [2-4]. Деякi системи моделювання взагалi не потребують графiчного вiдображення процесу моделювання (але в якостi вихiдних даних мають графiчне зображення), наприклад системи прогнозування погоди [2-4].

Використання системи моделювання в складi дiючо⌡ системи керування потребу≤ протоколу вза≤модi⌡ мiж моделлю та реальним об'≤ктом. Особливо це важливо в разi моделювання з метою вiдстежування правильностi роботи об'≤кту. Пiдсистема моделювання повинна передбачати можливiсть включення до ⌡⌡ складу в якостi компонента моделi - реальних об'≤ктiв. В даному випадку важлива наявнiсть в системi моделювання стандартного iнтерфейсу моделi з iншими об'≤ктами системи керування. Звичайно це реалiзу≤ться за допомогою специфiкацiй CORBA, COM, EJB. Найбiльш розвинену пiдтримку цих специфiкацiй ма≤ тiльки одна з розглянутих систем - G2 [6].

Висновки

Побудова МIМ виключно як особливо⌡ системи моделювання не ≤ оптимальним рiшенням, оскiльки така система може бути отримана в результатi розвитку яко⌡сь унiверсально⌡ системи моделювання. Подальший аналiз iснуючих систем моделювання виконаний з метою визначення найбiльш придатно⌡ унiверсально⌡ системи моделювання на засадi яко⌡ можна побудувати мiкросистему iмiтацiйного моделювання.

Виходячи з приведеного порiвняльного аналiзу, можна зробити висновок, що кожна з розглянутих систем моделювання не вiдповiда≤ всiм визначеним вимогам до вбудованих систем моделювання реального часу. Це вказу≤ на необхiднiсть розробки спецiалiзовано⌡ системи моделювання, за допомогою яко⌡ можуть бути розробленi спецiалiзованi системи iмiтацiйного моделювання, якi можна залучати до складу СК, що може стати окремою науковою задачею. В якостi прототипу може бути застосована платформо-незалежно⌡ системи моделювання [16].

Лiтература

1.     Е.Л. Кулида, В.Г. Лебеде, А.М. Чесноков. Проектирование интеллектуальных систем поддержки операторов сложных объектов. - М: ОСП Автоматизированное проектирование ©1 / 1999г (http://www.osp.ru/ap/)

2.     Real-time Forecast Model System of NWP Group/SNU. http://weather.snu.ac.kr/real/

3.     Numerical Forecasts. http://www.net.utah.edu/models.html

4.     Real-Time MM5. http://www.mmm.ucar.edu/mm5/mm5forecast/rtmm5.html

5.     Real-Time Simulation User's Guide. http://bigben.larc.nasa.gov/policy/red/Red_Book.html

6.     HLA Toolkit G2 Simulation & Modeling http://www.gensym.com

7.     The Swarm Simulation System. http://www.santafe.edu/projects/swarm/index.html

8.     Qi Yang. A Simulation Laboratory for Evalusation of Dynamic Traffic Management Systems. http://hippo.mit.edu/products/mitsim/index.html

9.     Traffic Software Integrated Systems. http://www.fhwa-tsis.com/

10.  Smartest. Simulation Modeling Applied to Road Transport European Sheme Tests. http://www.its.leeds.ac.uk/smartest/index.html

11.  TSS Transport Simulations Systems. http://www.tss-bcn.com

12.  InterSIM. http://www.syseca.thomson-csf.com/intersim.html

13.  'IDaSS' the Interactive Design and Simulation System. http://www.ics.ele.tue.nl/~ad/idass.html

14.  Московский Государственный Технический университет им. Н.Э.Баумана. SYMHYD http://wwwcdl.bmstu.ru/PA9/simhyd/index.html

15.  JavaJack: A Modeling System for Scientists and Engineers. http://cde.rpi.edu/JavaJack.html

16.  В.В. Казимир, А. В. Пастухов. Платформно-независимая система имитационного моделирования. - В сб.: Працi першо⌡ науково-практично⌡ конференцi⌡ з програмування УкрПРОГ'98. - Укра⌡на, Ки⌡в, Кiбернетичний центр НАН Укра⌡ни, 1998.

17.  Silicon Graphics, Inc. http://www.sgi.com

18.  Real-time Hardware/Software Simulation. www.prim.com/realtime.html

19.  VisSim. The Adept Web Store http://www.adeptscience.co.uk/as/products/mathsim/vissim/realtime.htm

20.  Simulation Associates, Inc. Real-time simulation of the gyro dynamic of the stinger missile on thearts system with the starlight accelerator http://easai.com/strlite.htm

21.  Frametome Technologies, Inc. Training Simulator. Advanced Power Plant training and Analysis Tool. http://www.framatech.com/marketing/itg-001.htm

22.  Primary Simulation, Inc. PSI's Real-Time Simulation Packages. http://www.psism.com/simulatn.htm

PowerAnt это программное управление через RS-232 порт 14 и больше внешними устройствами с помощью компьютера. Открытый, текстовый, хорошо задокументированный протокол управления. Управление электроприборами с потребяемой мощностью до 200Вт. Хотите управлять Реальным Миром даже из MS Excel?.
  © 2004-2014 by  www.anthillsolutions.com