Разработка и исследование гибридного алгоритма решения сложных задач оптимизации
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
значимость. Предложенный в работе подход и разработанные алгоритмы могут быть использованы при проектировании и управлении сложными системами различного назначения. Программные системы и результаты численных расчетов переданы в НПО прикладной механики.
Разработанные в ходе выполнения работы программные системы использовались в процессе обучения студентов Красноярского государственного университета и Сибирского государственного аэрокосмического университета по курсам "Методы оптимизации", "Эволюционные методы оптимизации", "Управление сложными системами", "Адаптивные и эволюционные методы принятия решений", а также при выполнении курсовых работ.
Основные положения, выносимые на защиту:
1.Показатели эффективности технологического контура системы управления космическим аппаратом являются многоэкстремальными и немонотонными.
2.Генетический алгоритм в комбинации с локальным поиском, моделирующий эволюцию по Ламарку, превосходит по эффективности стандартный генетический алгоритм при решении сложных задач оптимизации.
.Целевая функция может быть заменена в процессе оптимизации генетическими алгоритмами на ее нейросетевую аппроксимацию, что позволяет существенно снизить время оптимизации при сохранении надежности отыскания глобального экстремума.
Апробация работы. Процесс разработки и результаты, представленные в квалификационной работе докладывались и обсуждались на следующих конференциях:
41-я научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых посвященная Всемирному дню авиации и космонавтики, Красноярск, 2003г.,
Межвузовская конференция молодых ученых, Красноярск, 2003г.
Всероссийская научно-практическая конференция Решетневские чтения, Красноярск, 2003г.
XXXVII Краевая научная студенческая конференция по математике, Красноярск, 2004г.
ХХХI Научная практическая конференция студентов и молодых ученых химического, физического и математического факультетов, Кемерово, 2004г.
Региональная конференция "Молодежь и наука - третье тысячелетие", Красноярск, 2004г.
V международная конференция молодых ученых и студентов Актуальные проблемы современной науки, Самара, 2004г.
Международная научно-практическая конференция Актуальные проблемы информатики и информационных технологий, Тамбов, 2004г.
Публикации. По результатам квалификационной работы опубликовано 8 научных работ, среди которых 4 статьи в Вестниках ВУЗов и 4 тезисов докладов. Список трудов автора приведен в конце текста работы после списка литературы.
Структура работы. Квалификационная работа состоит из введения, двух глав, заключения, списка литературы из 8 наименований и содержит 46 страниц основного текста, 12 таблиц, 25 рисунков и 3 приложения.
Глава 1 Теоретическая часть
.1 Постановка задачи оптимизации показателей эффективности функционирования технологического контура системы управления космическим аппаратом
Отработка алгоритмов и методов проводилась на задаче оптимизации показателей эффективности технологического контура (ТК) системы управления космического аппарата (КА).
Основной задачей технологического контура управления является обеспечение работоспособности космического аппарата по целевому назначению, то есть своевременное обнаружение отказов и восстановление работоспособности космического аппарата.
В простейшем случае систему управления космическим аппаратом можно условно представить состоящей из трех подсистем: наземный комплекс управления (НКУ), целевая аппаратура (ЦА) и бортовой комплекс управления (НКУ). Систему управления космическим аппаратом можно представить в виде следующей схемы приведенной на рисунке 1.1:
Рис. 1.1 Схема представления системы управления КА в простейшем случае
При моделировании процесса функционирования ТК используется теория Марковских процессов [1]. В данной задаче математическая модель функционирования ТК представляет собой Марковский процесс с дискретными состояниями и непрерывным временем [2]. При условии, что НКУ абсолютно надежен, соответствующий Марковский процесс имеет граф состояний, представленный на рисунке 1.2 [3].
Рис. 1.2 Граф состояний технологического контура управления в простейшем случае
Описание состояний технологического контура:
. Все подсистемы работоспособны.
. Целевая аппаратура отказала, БКУ работоспособен и занят восстановлением работоспособности ЦА, НКУ свободен.
. Целевая аппаратура работоспособна, БКУ отказал, НКУ восстанавливает работоспособность БКУ.
. Целевая аппаратура отказала, БКУ работоспособен и свободен, НКУ занят восстановлением работоспособности ЦА.
. Целевая аппаратура и БКУ отказали, НКУ восстанавливает работоспособность ЦА, БКУ ожидает окончания восстановления ЦА.
В графе через обозначены интенсивности выхода из строя, а через mi - интенсивности восстановления подсистем. Соответствующая система уравнений Колмогорова-Чэпмена имеет следующий вид (1.1.1):
P1(l1+l2) - m1p0P2 - m3P3 - m2P4 = 0,
P2(m1+l2) - l1P1 = 0,3(l1+m3) - l2P1 - m2P5 = 0,4(l2+m2) - (1-p0)m1P2 = 0,(1.1.1)5m2 - l2P2 - l1 P3 - l2P4 = 0,
P1 + P2 + P3 + P4 + P5 = 1.
Значение коэффициентов готовности (показателей эффективности) той или иной подсистемы КА определяется через финальные вероятности, которые находят из соответствующей системы уравнений Колмогорова-Чепмена. В нашем случае (