авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 6 |

«Министерство образования и науки Российской Федерации Комитет по науке и высшей школе Правительства Санкт-Петербурга Комитет экономического развития, промышленной политики ...»

-- [ Страница 3 ] --

К 2010 г. в России по-настоящему действует только одна гидроаккумулирующая элек тростанция — Загорская ГАЭС мощностью 1200/1320 МВт (в турбинном/насосном режи мах), среднегодовая выработка — 1 932 млн. кВт*ч. По оценкам специалистов на сегодняш ний день дефицит маневренной регулирующей мощности в Центральном регионе России со ставляет 2,5-3,0 млн. кВт, в том числе в Московской области - около 1,5 млн. кВт.

Научные результаты данной работы лягут в основу при расчтах, проектировании и выборе оборудования для ГАЭС, которая должна строиться в Калининградской области на значительном удалении от ЛЭП. На Рис.1 приведена электрическая схема электроснабжения насосной станции.

ЛЭП1 30/20 кВ l – (1230)км СД1 (10/6 кВ) СТ1 СТ Lсоб Rл K Насос MS СД K Ссоб Насос MS...............

ЛЭП2 330/220 кВ Насос MS СД K Рис. Первоначально планировалось установить пять агрегатов по 5 МВт, но расчет на моде ли переходных процессов показал, что при поочередном пуске просадка напряжения состав ляла 3040%. Поэтому с позиции наджности работы ограничения пусковых токов и эксплу атационного резервирования нами было рекомендовано увеличить число насосов проектиру емой станции до девяти, снизив их мощность до 3,2 МВт.

Но даже при мощности одного агрегата в 3,2 МВт и длине ЛЭП до 10 км прямой пуск вызывает просадку напряжения до 1012% от предельно допустимого. При этом время пус ка (по выполненным на модели расчетам) 57 мин, а пусковой момент составляет 0,8 от но минального. Нами предложено использовать принцип частотного пуска насосов ГАЭС с по очередным подключением частотного преобразователя к пускаемым агрегатам. Это позволя ет при использовании режима CFC в преобразователе повысить момент двигателя до 1,2 от номинального.

Преобразователь частоты (ПЧ) плавно разгоняет насос до номинальной скорости вра щения. Затем ПЧ синхронизируется с сетью, и происходит включение байпасного контакто ра. Данный процесс обеспечивает переключение на энергопотребление от сети с номиналь ной частотой вращения.

Время разгона при этом определяется на базе уравнений Лагранжа dt, M g t Mc t J dt где M g t – момент, создаваемый двигателем и M c t – момент сил сопротивления не линейные функции частоты вращения, J – суммарный момент инерции, состоящий из момента инерций ротора двигателя, ротора насоса и присоединенной массы воды в спиральной камере насоса.

Согласно рекомендации из [1], присоединенный момент воды в межлопастном канале оценивается по уравнению:





R 2 LR3dR, J R где – плотность воды, R1, R 2 – средние радиусы втулки и камеры рабочего колеса, L – высота столба жидкости, вовлекаемого во вращение.

Была разработана модель системы в среде Matlab Simulink с учетом параметров сило вых трансформаторов СТ1 и СТ2, параметров линии электропередач ЛЭП1 и указанных вы ше параметров насоса и электродвигателя. Модель позволила оценить длительность пере ходных процессов разгона насоса до номинальной скорости в трех режимах: прямого пуска от сети бесконечной мощности, прямого пуска с учетом реальных параметров схемы под ключения по Рис.1. и пуска при использовании частотного преобразователя. Результаты мо делирования приведены в Таблице 1.

Таблица 1. Оценка длительности переходных процессов разгона насоса.

№ Вид системы Длина ЛЭП1, км Время пуска, мин Прямой пуск от сети бесконечной мощности. – 1 0, 10 1, Прямой пуск от системы электроснабжения по 2 20 2, Рис.1.

30 10 1, Частотный пуск СД от системы электроснаб 3 20 1, жения по Рис.1.

30 1, Моделировался для случаев 2 и 3 наиболее тяжелый режим пуска последнего из агре гатов, т.е. режим наибольшей загруженности ЛЭП.

Очевидно, что использование частотного преобразователя позволяет успешно решить проблему пуска насосной станции ГАЭС даже при значительном удалении от мощной ЛЭП.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Обратимые гидромашины/ Л.П.Грянко, Н.И.Зубарев, В.А.Умов, С.А.Шумилин, Л:Машиностроение, 1981.

УДК 681. Н. И. Беляева (асп. каф. САУ), А. Д. Курмашев, к. т. н., доц.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПОДАЧИ МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО СТАНКА ПРИ ВЕРТИКАЛЬНОМ ФРЕЗЕРОВАНИИ ДЕТАЛЕЙ Данная работа посвящена разработке имитационной модели следящих электроприводов подач и созданию ПИ-регулятора траектории совместно с нечетким регулятором добротно сти контура приводов координат. В машиностроительном производстве актуальным является повышение точности контурных режимов металлорежущих станков в условиях повышения скоростей перемещения рабочих органов. Значительно повысить точность контурных режи мов удается путем структурной оптимизации систем программного управления, основанной на решении траекторных задач и задачи стабилизации программного движения на основе действительных координат объекта управления.

Целью данной работы является разработка имитационной модели следящих электро приводов подач. На основе разработанной модели проводится сравнительное исследование динамики двухкоординатных систем воспроизведения программного движения с различны ми структурами систем программного управления. В первой структуре реализуется отслежи вание координатных составляющих программного движения приводами степеней подвижно сти объекта. Во второй структуре в процессе моделирования заданной кривой учитываются динамические свойства следящих приводов и действительное положение исполнительных органов рабочей машины.

На основе экспериментального воспроизведения окружности заданного радиуса было произведено сравнение полученных моделей. Так как значения контурной ошибки на не сколько порядков меньше абсолютных перемещений, она представлена в нормированном виде. Такое представление ошибки дает возможность не только анализировать ее динамику, но и влияние параметров системы на форму воспроизводимой траектории.





Рис. 1. Искажение формы траектории при изменении момента инерции привода координаты х На рис. 1 представлены графики, отражающие искажение формы траектории, и зависи мости контурных ошибок от времени. Значения указаны в метрах, t — в секундах.

В результате экспериментов было выявлено, что система воспроизведения программно го движения, соответствующая неявной форме математического описания траектории, с ПИ регулятором траектории обладает лучшими показателями качества, чем с П-регулятором траектории, как при идентичных приводах, так и при изменении параметров привода коор динаты Х.

Применение ПИ-регулятора траектории позволяет устранить постоянную составляю щую контурной ошибки, но практически не влияет на е максимальное значение. Использо вание нечеткого регулятора добротности контура приводов координат совместно с ПИ регулятором контурной скорости позволяет уменьшить значение максимальной контурной ошибки и увеличить добротность воспроизведения траектории.

Электроприводы координат металлорежущего станка в процессе воспроизведения управляющей программы связаны не только входными управляющими воздействиями, но и через нагрузку – процесс резания. Поэтому в процессе моделирования необходимо учиты вать этот факт. В этом случае модель объекта управления расширяется и представляет собой совокупность моделей электроприводов координат совместно с процессом обработки (реза ния).

Рис. 2. Результаты воспроизведения окружности при контурной скорости Vk Большой объем экспериментальных данных, накопленных за время изучения обработки ме таллов, позволил получить эмпирические зависимости, которые совместно с таблицами опытных коэффициентов, характеризующих конкретный вид обработки и режущий инстру мент, отражают аналитические зависимости процесса стружкообразования.

С помощью известных эмпирических зависимостей построена статическая модель про цесса стружкообразования и проведено исследование динамической точности системы про граммного управления на примере воспроизведения окружности заданного радиуса.

Результаты экспериментов приведены на рисунке 2. Из полученных графиков видно, что процесс резания искажает траекторию движения фрезы. Искажение имеет колебательный характер.

УДК-681.51. А. А. Шаров (6 курс, каф. САУ), Н. В. Ростов, к. т. н., доц.

ОБУЧЕНИЕ НЕЙРОСЕТЕВОГО НАБЛЮДАТЕЛЯ СКОРОСТИ ДВУХМАССОВОГО ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА В последнее время в проектировании систем автоматического управления вызывает большой научный и практический интерес применение нейросетевых вычислителей (наблю дателей, компенсаторов, регуляторов и др.) [1]. В частности, в микропроцессорных системах электропривода широкое применение находят нейросетевые наблюдатели, выполняющие функции виртуальных датчиков регулируемых координат [2].

Целью работы является обучение средствами пакета MATLAB нейросетевого наблю дателя скорости рабочего органа (выходного вала механизма) для системы электропривода с двигателем постоянного тока и упругой механической передачей. Рассматриваемая задача выбора структуры и обучения наблюдателя представляет собой задачу нелинейной динами ческой аппроксимации, решение которой требует проведения адекватного компьютерного моделирования и использования итерационных методов обучения нейронных сетей.

Входные/выходные данные при обучении наблюдателя подготавливались по результа там моделирования прототипного двухмассового электромеханического объекта (ЭМО), в модели которого кроме упругой связи учитывались нелинейности типа падения напряжения на щетках двигателя, трения на валах двигателя и механизма, а также момент внешней нагрузки. В качестве же наблюдателя скорости механизма использовались 6-входовые нели нейные динамические двух- и трехслойные нейронные сети с входными временными за держками со следующей структурой (рис.1):

FN (U a [n], I a [n], U a [n 1], I a [n 1], 1[n], 1[n 1]), N [n] где U a, I a – нормированные выходные сигналы датчиков напряжения и тока якоря;

– нормированный выходной сигнал датчика скорости двигателя;

N [n] – нормированный выход нейросети;

n – номер такта вычислений.

Рис. На рис. 2 представлена Simulink-модель электромеханического объекта с макроблоком обученного нейросетевого наблюдателя, а на рис. 3 изображены кривые реальной и наблю даемой скорости механизма для различных уровней управляющего воздействия. В варианте структуры наблюдателя, представленной на рис. 1, число нейронов в скрытом (первом) слое 16. Период дискретности наблюдателя принимался равным 0,001 с.

Моделирование замкнутых цифровых систем электропривода с обученным нейросете вым наблюдателем показало их работоспособность в достаточно широком диапазоне регули рования скорости. При этом погрешность оценивания скорости не превышала 1-2 %.

Рис. Рис. Выводы:

1. Нейросетевые наблюдатели являются альтернативой традиционным наблюдателям выходных координат, структуры и параметры которых специфичны и определяются нели нейными разностными уравнениями, моделирующими динамику конкретного объекта.

2. Обучение нейросетевых наблюдателей на практике следует проводить не по резуль татам компьютерного моделирования прототипных ЭМО, а по реальным эксперименталь ным данным.

3. Техническая реализация нейросетевых наблюдателей оправдывается в тех случаях, когда в цифровых САУ используются достаточно быстродействующие микропроцессоры типа DSP.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Терехов В.А., Ефимов Д.В., Тюкин И.Ю., Антонов В.Н. Нейросетевые системы управления. – СПб.: Издательство СПбГУ, 1999.

2. Башкин Д.В., Ростов Н.В. Синтез нейросетевых наблюдателей координат систем электропривода.

Материалы Всероссийской межвуз. науч.-техн. конф. " XXXIII неделя науки СПбГПУ", ч. V, Изд-во Политехн. ун-та, 2005, с. 92-94.

УДК-621.865 (075.8) С. Ю. Терпухов (6 курс, каф. САУ), Н. В. Ростов, к. т. н., доц.

НЕЙРОСЕТЕВАЯ ИНТЕРПОЛЯЦИЯ ПРОГРАММНЫХ ТРАЕКТОРИЙ ЗВЕНЬЕВ МАНИПУЛЯЦИОННЫХ РОБОТОВ Наиболее широкое применение нейронные сети находят в интеллектуальных роботах различного назначения [1]. В частности, они используются в кинематических и динамиче ских алгоритмах программного управления манипуляционными роботами по векторам по ложения и скорости схвата, а также при силомоментном управлении роботами для решения прямых и обратных кинематических задач (ПЗК и ОЗК) о положениях, скоростях, силах и моментах в схвате и звеньях робота. В традиционных системах программного управления (СПУ) эти задачи обычно решаютcя аналитическими, векторно-матричными или итерацион ными методами [2].

При программной реализации сложных алгоритмов управления роботами, как правило, возникают трудности, связанные со сложностью вычислительных процедур, большими объ емами выполняемых операций, а также обусловленные неоднозначностью решений ОЗК, вырождаемостью матрицы Якоби в особых конфигурациях робота и др. Нейросетевые вы числители позволяют решать задачи управления роботами более эффективно, однако при этом появляются трудности из-за необходимости обучать нейросети на траекториях в мно гомерных пространствах рабочих координат схвата и обобщенных координат звеньев.

Целью работы является обучение нелинейных многослойных статических нейронных сетей, решающих в СПУ роботами ОЗК о положениях звеньев на программных траекториях схвата, и выполняющих после обучения функции интерполяторов траекторий звеньев. Рас сматривались трехзвенные роботы, работающие в цилиндрической, сферической и ангуляр ной системах координат.

Обучение нейросетей прямого распространения с сигмоидальными и радиально базисными нейронами осуществлялось по входным/выходным данным, получаемым при ре шении ОЗК аналитическими и итерационными методами. При этом для СПУ роботом RRR типа с ангулярной системой координат для решения неоднозначной ОЗК обучение осу ществлялось для заданной (верхней или нижней) конфигурации руки робота. Моделирование и обучение нейросетей для рассматриваемых СПУ проводилось средствами пакета MATLAB.

На рис. 1 представлена Simulink-модель СПУ роботом RRR-типа с традиционными од номерными сплайн-интерполяторами программных траекторий звеньев (SP-положение пере ключателя) и многомерным нейросетевым интерполятором, моделируемым макроблоком NN_OZK (NN-положение переключателя). В макроблоке Actuators приводы звеньев заданы линейными моделями 3-го порядка. Макроблок PZK_RRR решает ПЗК о положении схвата робота. Перед обучением ОЗК решалась в режиме off-line.

Spline Interpolators PZK_RRR tn q_SP(tn) Actuators Xc x SP / NN tn Yc q_s q q y Xp Zc z tn Yp P(tn) q_NN(tn) q_s Zp NN_OZK q P(t) Рис. В качестве программной траектории схвата использовалась винтовая линия, задаваемая макроблоком P(t) аналитически. На рис. 2 представлены траектории звеньев: p – программ ные точки, по которым осуществлялось обучение;

nn – вычисляемые нейросетевым интерпо лятором;

r – реальные, воспроизводимые приводами. Соответствующие траектории схвата изображены на рис. 3.

p 1. nn 1 r q1, rad 0. -0. 0 1 2 3 4 5 2 t, sec q2, rad -1.5 0 1 2 3 4 5 t, sec - q3, rad -2. - 0 1 2 3 4 5 t, sec Рис. p 0.9 nn r 0. 0. Z, m 0. 0. 0. 0. 0 0. 0.1 0. 0.2 0. 0.3 0. X, m Y, m 0.4 0. 0.5 Рис. Выводы:

1. Нейросетевая интерполяция траекторий звеньев является альтернативой традицион ной сплайн-интерполяции, требующей в off-line режиме решения ОЗК и системы алгебраи ческих уравнений для вычисления коэффициентов сплайнов.

2. Нейросетевые интерполяторы обеспечивают достаточную для роботов точность ап проксимации, но требуют обучения в off-line режиме. При этом затраты времени на обучение нейросетей с радиально-базисными нейронами меньше, чем сетей с сигмоидальными нейро нами.

3. Техническую реализацию нейросетевых интерполяторов для СПУ роботами в насто ящее время целесообразно осуществлять на цифровых сигнальных процессорах (DSP).

ЛИТЕРАТУРА:

1. Интеллектуальные роботы: Учебное пособие / Под общей ред. Е.И. Юревича. – М.: Машинострое ние, 2007.

2. Игнатова Е.И., Ростов Н.В. Компьютерное моделирование систем управления роботами: Учеб. по собие. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2009.

3. Морозов И.В., Юсупов А.Н., Ростов Н.В. Нейросетевая система управления роботом. Материалы межвуз. науч. конф. " XXXI неделя науки СПбГПУ", ч. VI, Изд-во СПбГПУ, 2003, с.148.

УДК 625.855. П. М. Поклад (асп., ИГЭУ, г.Иваново), А. А. Киселев, к. т. н., доц. ИГЭУ ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ FUZZY-РЕГУЛЯТОРОВ В ЦИФРОВЫХ СИСТЕМАХ НАВЕДЕНИЯ Нечеткий регулятор (НР) является существенно нелинейным звеном, свойства которого зависят от амплитуды входных сигналов и их соотношения. Поэтому исследование электро приводов с НР средствами аппарата анализа линейных систем практически невозможно. Од нако с учетом инерционности объекта управления вполне допустимо применение метода гармонической линеаризации [1]. Аналогичный подход используется и в [2] для анализа ин теллектуальных мехатронных систем автоматического управления. На рис.1 представлена расчетная модель импульсно-фазового электропривода (ИФЭП) с НР.

Рис. 1. Расчетная модель ИФЭП с нечетким регулятором Попытки анализа частотных свойств НР с помощью утилиты LTI-Viewer [3] комплекса MatLab/Simulink не дает каких либо внятных и доступных для объяснения результатов. По этому для анализа частотных свойств разработан специальный программный блок Simulator PPL Drive 2.0 [4], в котором выполняется гармонический анализ выходного сигнала регуля тора при разных частотах и амплитудах входного сигнала. Производная от входного сигнала определяется как:

X X2 X Kp X z где Х1 и Х2 - входные сигналы НР, КР – коэффициент коррекции.

В ходе отладки программного блока установлено, что использование стандартного пре образования Фурье, входящего в состав комплекса MatLab/Simulunk, достаточно сложно по лучить достоверные результаты. Это объясняется очень узкой полосой пропускания f дис кретного фильтра, реализуемого с помощью этого преобразования, величина которой опре деляется только дискретностью выборки t. При этом возможен пропуск отдельных состав ляющих выходного сигнала. Для расширения полосы пропускания преобразования выходно го сигнала НР используется алгоритм, суть которого состоит в разбиении временного интер вала на несколько отрезков, для каждого из которых выполняется преобразование Фурье.

При этом амплитуда А получаемого сигнала вычисляется следующим образом:

N Ai i A N где N - число отрезков временного интервала, Ai - результат преобразования Фурье для i-того временного отрезка, определяемое как:

2 ik ik D j cos j t D j sin j t j ( i 1) k j ( i 1) k Ai k k где Dj - дискретные выборки выходного сигнала НР, t - дискретность разбиения вре менного интервала, k - число точек во временном интервале, - частота входного сигнала Тестирование программного блока для анализа частотных свойств НР ИФЭП показало, что его применение позволяет с высокой достоверностью выявить все гармонические со ставляющие выходного сигнала НР.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Бесекерский В.А. Теория систем автоматического управления / Бесекерский В.А., Попов В.М. – М.:

Энергия, 2006 г. – 670 с.

2. Подураев Ю.В. Фундаментальные и прикладные проблемы развития мехатроники/ Подураев Ю.В.

//Материалы 1-й Российской мультиконференции по проблемам управления. Мехатроника, автомати зация, управление. – СПб, 2006. с. 40-47.

3. Дьяконов В.П. MATLAB 6.5 SP1/7 + Simulink 5/6. Основы применения / Дьяконов В.П. - М.: СО ЛОН-Пресс, 2005. – 800 с.

4. Поклад П.М. Виртуальная система симуляции импульсно-фазового электропривода "Simulator PPL Drive 2.0"/ А.А. Киселев, П.М. Поклад //Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2010615957. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 13.09.2010.

УДК 007. В. В. Дзусова (6 курс, каф. САУ), А. Л. Логинов, к. т. н., доц.

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ДИСПЕТЧЕРСКОГО КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СТАНЦИЕЙ ИЗБОРСК.

Газоизмерительная станция (ГИС) предназначена для непрерывного определения и уче та расхода газа, а также для контроля и измерения параметров качества газа. ГИС Изборск – приграничная, дальше газ уходит в Латвию. Но прежде чем пересечь границу, проходит тщательный контроль, поскольку является товаром экспортным. Газоизмерительная станция работает по международным стандартам, она оборудована так, как и все станции в Европе, здесь происходит автоматизированное измерение расхода газа, давления, температуры, а также измерение качественных характеристик газа: компонентного состава, температуры точки росы по воде, температуры точки росы по углеводородам, теплотворной способности газа. В ГИС пять измерительных ниток диаметром 400мм и одна 200 мм. В зависимости от расхода, открывается нужное их количество. Через станцию проходит газ, который постав ляется в Латвию в летний период, а сейчас ГИС работает в реверсном режиме – принимает газ из подземного хранилища.

В ГИС установлено оборудование, позволяющее измерять компонентный состав газа и наличие вредных примесей. Для экспортной нитки газопровода это тем более важно, по скольку в Европе учитывают не только объем поставок, но и удельную теплоту сгорания, ко торая из-за различного состава может быть разная. Поэтому, основной задачей системы яв ляется обеспечение достоверности данных для последующего анализа и принятия решений.

Разработанная система должна выполнять следующие функции:

1) автоматическое непрерывное измерение и вычисление расхода и объемного количе ства транспортируемого природного газа по методу измерения перепада давления на стан дартных сужающих устройствах по каждому измерительному трубопроводу и ГИС в целом;

2) автоматическое непрерывное измерение и вычисление расхода и объемного количе ства транспортируемого природного газа турбинными счетчиками по каждому измеритель ному трубопроводу с использованием текущих данных в качестве контрольных;

3) автоматическое циклическое измерение и вычисление с помощью хроматографа компонентного состава газа, включая азот, углекислый газ, кислород и углеводороды до пен тана включительно, плотности газа, теплотворной способности газа;

4) автоматическое непрерывное измерение температуры точки росы по воде и углево дородам;

5) формирование и документирование периодических отчетов;

6) автоматический сбор и обработка информации о работе основного и вспомогательно го оборудования;

7) визуальное отображение информации о состоянии технологических объектов;

8) управление исполнительными механизмами ГИС в автоматическом и дистанционном режимах — из контрольного зала ГИС и управления кранами из диспетчерского пункта (ДП) КС;

9) управление исполнительными механизмами ГИС в местном ручном режиме;

10) формирование массивов информации для передачи на верхний уровень управления, прием команд с верхнего уровня;

11) ручной ввод с клавиатуры входных данных, необходимых для вычислений;

12) обеспечение безопасного функционирования ГИС.

В настоящее время реализована структура САУ ГИС, которая не может обеспечить все необходимые требования и функции. Поэтому, при разработке проекта систем контроля и управления ГИС необходимо руководствоваться следующим:

1) Диспетчер ДП (диспетчерский пункт) должен иметь все технологические параметры, необходимые для анализа, управления и быстрого принятия решений о транспортировке га за, которые получены в результате измерения качественных характеристик природного газа;

2) Технологические данные должны быть достоверными и проходить тщательный кон троль;

3) Необходимо предусмотреть возможность отключения ГИС при аварийных ситуаци ях;

4) Необходимость резервных устройств и измерительных ниток.

Для реализации этих требований необходимо обеспечить создание дополнительных ка налов связи и разработать дополнительные интерфейсы. В соответствии с техническим зада нием будем использовать Scada систему Wonderware Application Server (WAS) и передавать данные с САУ ГИС по каналу Suite Link.

УДК 004. И. С. Савельев (6 курс, каф. САУ), А. Л. Логинов, к. т. н., доц.

СИСТЕМА СБОРА ДИАГНОСТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ С УДАЛЕННОГО ОБЪ ЕКТА УПРАВЛЕНИЯ ПО ЛИНИЯМ ПИТАНИЯ В промышленной автоматизации объектов, распределенных на некоторой территории, а также объектов, на территории которых постоянное присутствие человека по тем или иным причинам нежелательно или экономически нецелесообразно, возникает необходимость ди станционного автоматического или диспетчерского управления и контроля.

В нашей работе ставится задача создания системы сбора диагностической информации с удаленного объекта управления, которым выступает контроллер привода железнодорожной стрелки. Выбранной средой передачи данных стала существующая линия питания контроль ной цепи привода ± 24 В (рис. 1).

Рис. При замыкании одного из ключей (одного из концевых выключателей стрелки) на об щий провод проходит сигнал, и, в зависимости от его полярности, срабатывает одно из кон трольных реле (К1, К2), что соответствует установившемуся положению стрелки. В проме жуточном состоянии (процессе переводы стрелки) сигнал на общий провод не поступает.

Следовательно, для передачи данных можно использовать только линии с напряжением + и – 24 В.

Интерфейс передачи последовательных двоичных данных по линиям питания основан на методе частотной модуляции. При модуляции двоичной последовательности методом FSK, происходит сдвиг частоты передаваемого сигнала с минимальным изменения фазы сиг нала (рис. 2). При этом амплитуда сигнала при модуляции не изменяется. Так как использу ются только две гармонические частоты, то спектр передаваемого сигнала узок (не более 1...2 кГц), Что позволяет сигналам свободно проходить через коммутированные линии связи на большие расстояния. Частотная модуляция обладает хорошей помехоустойчивостью, так как не зависит от амплитуды сигнала.

Рис. Рассмотрим два варианта готовых решений частотной модуляции сигнала. Первый основан на реализации интерфейса Bell 202, который применяется для передачи информации в телефонных линиях связи (на примере модема AM7911). Другой – на применении специ ального модема для линий электропередачи (на примере модема TDA5051 фирмы Philips).

Оба модема реализуют одни и те же функции: обмен данными с микроконтроллером по RS232, внутренняя модуляция сигнала и наложение (или снятие) модулированной гармоники на постоянный аналоговый сигнал через согласующий трансформатор. Отличными являются схемы подключения модемов к системе, частота кварцевого генератора, способы питания модема (от внешнего источника ±5 В или же с линий питания через понижающий трансфор матор).

В итоге, применив одно из решений, получим структуру нашей системы (Рис 3).

Рис. Далее в ходе работы будут рассчитаны номиналы необходимых дополнительных эле ментов и разработана принципиальная электрическая схема подключения для конкретного модема. В ходе исследования модели системы будут определены параметры канала передачи информации, влияние на передачу пульсаций и различных значений тока в линиях.

УДК 681. В. А. Галицкая, асп. каф. ЭТВТиА, СПбИМаш, О. П. Томчина, к. т. н. СПбИМаш МОДИФИЦИРОВАННЫЙ АЛГОРИТМ КРАТНОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ ДЛЯ ДВУХ РОТОРНОЙ ВИБРОУСТАНОВКИ Одной из важнейших задач при работе виброустановок является задача поддержания стабильного синхронного режима вращения неуравновешенных роторов двигателей, которые обеспечивают колебания несущего тела (платформы виброустановки). Дополнительные воз можности при работе виброустановок представляет режим кратной синхронизации роторов, когда скорость одного ротора 1 в несколько раз отличается от скорости второго 2:

n11=n22 (i = i), где i – фаза i-ого ротора;

n1, n2 целые числа. Кратный синхронный режим позволяет решать такие задачи, как вибротранспортирование сыпучих материалов. В работе [1] были представлены алгоритмы управления кратной синхронизацией, эффективность ко торых подтверждалась с помощью компьютерного моделирования для двухроторной вибро установки СВ-2 рис.1 [1]. Однако указанные алгоритмы не позволяли регулировать устано вившийся приведенный сдвиг фаз роторов =n11- n22, который в значительной мере обу славливает окончательный сдвиг траектории груза, имитирующего транспортируемый сыпу чий материал. В данной работе предлагается модифицированный алгоритм управления крат ной синхронизацией роторов, позволяющий преодолеть указанный недостаток.

n M1 1 H H* n1 n2 n1 n 1 1 1 2 1 J n M2 1 H H* n1 n2 n1 n 2 2 1 2 1 2 J Моделирование показывает, что при использовании данного алгоритма траектория гру за в установившемся режиме работы виброустановки имеет вид эллипса, характерного для движения частиц сыпучего материала при вибространспортировании. Наклон эллиптической траектории к горизонтальной оси может быть изменен с помощью величины з, введенной в алгоритм [1]. Стабильность кратной синхронизации подтверждается графиками приведен ного сдвига фаз =n11-n22 (рис. 2б, 3б). Результаты моделирования представлены для mг=1кг. На рисунках 2а, 3а приводятся траектории груза при заданных значениях расфази ровки з=0, з=2.

Рис.1. Расчетная схема двухроторного вибрационного стенда СВ- В работе представлена методика выбора основных параметров алгоритма синхрониза ции с управлением приведенным сдвигом фаз роторов, включающая выбор кратности син хронизации n1 и n2, выбор заданного значения энергии H*, и выбор заданного сдвига фаз з, на основании построенных номограмм. Как показало моделирование, при использовании синтезированного алгоритма, кратный синхронный режим имеет место во всех случаях, при варьировании массы груза и варьировании заданного приведенного сдвига фаз роторов в широких пределах. Время синхронизации во всех проведенных экспериментах различалось незначительно и составило от 0,9с до 7,9с. Траектории движения груза имеют различный вид, который определяется его массой. Так при mг=1кг и n1/n2 = 2/3 траектория имеет вид эл липса, в прочих случаях более сложную форму, напоминающую фигуры Лиссажу. При mг=1кг варьирование заданного приведенного сдвига фаз роторов в алгоритме синхрониза ции, приводит к изменению угла наклона оси эллипса относительно горизонтали, причем с увеличением заданного приведенного сдвига фаз роторов, величина полуосей эллиптической траектории груза уменьшается. При увеличении массы груза размеры полуосей эллиптиче ской траектории уменьшаются.

а) б) Рис. 2. Результаты моделирования при з= а) б) Рис. 3. Результаты моделирования при з= ЛИТЕРАТУРА:

1. О.П.Томчина, И.М.Кудрявцева, В.А.Галицкая. Алгоритмы управления кратной синхронизацией для двухроторных вибрационных установок. В кн.: Нелинейные проблемы теории колебаний и тео рии управления. Вибрационная механика / Под ред. В.В. Белецкого, Д. А. Индейцева, А. Л. Фрадкова.

– СПб. Наука, 2009, C. 455-474.

УДК 62.52:621.9. А. А. Буторин (6 кур. ЭТВТиА ПИМаш), В. А. Шаряков к.т.н. (ПИМаш) ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭКОНО МИЧНОСТИ ГОРОДСКОГО ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТА ПРИ ИС ПОЛЬЗОВАНИИ НАКОПИТЕЛЕЙ ЭНЕРГИИ В течение длительного времени городской электротранспорт (ГЭТ) был вне конкурен ции в плане экономичности и экологической безопасности. Использование современных транзисторных систем управления тяговым приводом подвижного состава (ПС) ГЭТ позво ляет существенно повысить его энергетические показатели за счет использования рекупера тивного торможения. Однако опыт внедрения таких систем при производстве новых и мо дернизации старых подвижных единиц (ПЕ) показал, что реально из-за особенностей струк туры контактной сети и графика движения в сеть отдается 20…30% от потребленной энер гии.

Контактная сеть не способна аккумулировать энергию, поэтому процесс рекуперации и повторного использования энергии должны строго совпадать по времени, что возможно да леко не всегда, поэтому эффективность рекуперации энергии на ГЭТ, определяемая степе нью возврата энергии торможения, не всегда достаточно высока.

Применение бортового накопителя энергии (БНЭ), позволит снизить расход энергии основного источника, за счт повторного использования кинетической энергии транспортной единицы при циклическом режиме движения.

Учитывая, что величина разовой удельной энергии рекуперации при движении трамвая в расчтном режиме на стандартном перегоне составляет ET 38,1 Дж/кг [0] и массы трам вая, равной mTPAM 26700 кг то приблизительно возвращенная энергия будет EPEK ET mTPAM 1017000 Дж 1000 кДж (1) Если задаться более высокой начальной скоростью торможения, энергия торможения тоже получится больше. Так, если тормозить с максимально допустимой скорости, равной м/с и той же длительности торможения 8,6 с, энергия рекуперации составит уже ориентиро вочно 5400 кДж EPEK max 1000 (2) 8, Энергомкость накопителя должна быть не меньше расчтной величины энергии реку перации. Если торможение начнтся с большей скорости, накопитель аккумулирует только часть энергии торможения. Остальная энергия будет отдана в контактную сеть или рассеяна на тормозных реостатах.

Режим работы накопителя ПЕ циклический. При движении в расчтном графике на каждые 350м пробега накопитель пройдт полный цикл набора и отдачи энергии. Расчтный пробег ПЕ до выработки ресурса 1млн. км, следовательно, накопитель должен иметь ресурс около 3 млн. циклов.

При выборе производителя ультроконденсаторов российской фирмы «ЭКОНД» (Рос сия) запасаемая энергия БНЭ составит 540 кДж, емкость 4Ф, номинальное напряжение 600В при массе (без учета рамы) 304 кг и объемом 190 л.

Результаты моделирования тягового электропривода трамвайного вагона при работе совместно с накопителем энергии в среде Matlab/Simulink представлены на рис. 2. Пуск про изводился при заряженном БНЭ до напряжения сети (700В).

Mc -K Iвх i g Tm + +Ud_in Ud Iкс - + A A m A +i -Ud +Ud_out + B B A - B C C OH B АИ - ТАД C C generator НВ I PWM Ud СУ Рис. 2 Структурная имитационная модель частотного преобразователя Рис. 3 Разгон и торможение трамвайного вагона при питании от контактной сети и накопителя энергии Из графиков потребленной энергии EdKC EdBX f (t ) видно, что во время рекупера тивного торможения в НЭ может быть возвращено до 50% энергии затраченной при пуске трамвая.

Таким образом, результаты исследования подтвердили эффективность использования накопителей энергии на трамвайных вагонах, позволяющих полностью использовать энер гию торможения, что приводит почти к двукратному снижению потребляемой энергии.

ЛИТЕРАТУРА:

1. И.С.Ефремов. Теория и расчт электрического оборудования подвижного состав городского элек трического транспорта. Москва. «Высшая школа», 1976.

2. Черных И. В. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB, SimPowerSystems и Simulink. – М.: ДМК Пресс;

СПб.: Питер, 2008. – 288с.

УДК 621.372.621.867. О. З. Тоиров, м. н. с., лаб. АЭП Института Энергетики и автоматики АН РУз Т. С. Камалов, д. т. н., проф. Института Энергетики и автоматики АН РУз ЭЛЕКТРОПРИВОД КОНВЕЙЕРНЫХ УСТАНОВОК ГОРНО РУДНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ Нами рассматривается электропривод конвейеров с частотным управлением, как наиболее перспективный и эффективный, позволяющий комплексно управлять электропри водом конвейера в статических и динамических режимах, удовлетворяющей современным требованиям работы конвейеров.

Проблема повышения экономической эффективности конвейерных установок при их эксплуатации в горно-рудной промышленности является актуальной.

В настоящее время коэффициент использования конвейерных установок на горных предприятиях составляет в среднем 50-70% по производительности и 60-70% по времени.

Такое неэффективное использование конвейерных установок связано и с тем, что поступаю щие от горных машин грузопотоки обладают значительной неравномерностью по амплитуде и наличием большого числа интервалов отсутствия груза.

Один из путей решения этой проблемы состоит в согласовании режимов работы лен точного конвейера с параметрами поступающего на него грузопотока.

Исходя из статических и динамических режимов работы электроприводов конвейеров, наиболее полно отвечающий требованиям эффективной работы конвейерных установок, от вечает система регулируемого электропривода на базе преобразователей частоты.

Нами рассмотрены требования к электроприводу конвейеров, по условиям эксплуата ции, а также ставятся определенные требования при выборе алгоритма управления такие как:

обеспечение плавного пуска с ограничением кратковременных ускорений;

необходимость со здания пускового момента, в несколько раз превышающего номинальный;

обеспечение вре мени пуска и торможения с ограничением динамических натяжений ленты и отсутствием пробуксовки ленты.

Исходя из поставленных требований на рис. 1 приведен алгоритм выбора электро привода конвейерных установок и преобразователя частоты с выбором его закона управле ния (ускорения).

Рис. 1. Алгоритм выбора электропривода конвейерных установок и преобразователя частоты с выбором его закона управления (ускорения).

УДК 622.961.4.052. Б. Ю. Васильев (асп. каф. ЭиЭМ СПбГГИ (ТУ)), А. Е. Козярук, д. т. н., зав. каф. ЭиЭМ, проф. СПбГГИ (ТУ) СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ ВНЕДРЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИ ВОДНЫХ ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИХ АГРЕГАТОВ Важнейшим направлением повышения технико-экономической эффективности, эколо гической безопасности и надежности функционирования магистральных газопроводов (МГ) является оснащение компрессорных станций (КС) современным электротехническим обору дованием. В первую очередь это относится к внедрению частотно-регулируемых электро приводов центробежных нагнетателей (ЦБН). Для эффективного транспорта газа необходи мо обеспечение требуемой производительности газоперекачивающего агрегата (ГПА) в условиях изменяющихся подачи и потребления газа. Это необходимо для поддержания оп тимального давления в МГ и обеспечения надежной работы газотранспортной системы.

Целью данной работы является определение состояния существующих ГПА, установ ленных на МГ, и определение перспектив внедрения электроприводных газоперекачиваю щих агрегатов (ЭГПА) на МГ.

Существующий парк ГПА формировался на протяжении 50 лет под влиянием целого ряда факторов исторического, климатического и технологического характера. В результате основными типами ГПА в настоящее время являются: агрегаты с приводом от газотурбин ных установок, электроприводные агрегаты и поршневые газомотокомпрессоры. ЭГПА за нимают второе место по количеству агрегатов от общего числа (около 12,6 %) и по установ ленной мощности, которая приблизительно равна 6 млн. кВт [2].

Мощностной ряд эксплуатируемых ЭГПА: 2,5 – 4 – 6,3 – 10 – 16 – 25 МВт. Формирова ние такого компрессорного парка привело к большому разнообразию типоразмеров приводов (57 видов), технологических модификаций (102 типа), комбинаций сочетания с ЦБН и ком поновки строительных исполнений [4].

Установленные ЭГПА на объектах газотранспортной отрасли имеют следующий срок службы: 30% – от 30 до 40 лет;

60% – 20 лет;

10% – 10 лет. Для возможности их дальнейшей безаварийной эксплуатации необходима своевременная реконструкция, модернизация или замена на новые надежные и энергоэффективные современные системы.

В большинстве случаев в установленных ЭГПА используется нерегулируемый элек тропривод, что негативно влияет на энергетические характеристики агрегатов. ЭГПА уста новленные в советский период не комплектовались устройствами плавного пуска, а приме нялся прямой пуска электродвигателя.

Для необходимого снижения затрат топливно-энергетических ресурсов на единицу то варно-транспортной работы сегодня необходимо внедрение на вновь строящихся и рекон струируемых КС высокоэффективного электрооборудования, алгоритмов управления и диа гностики. В связи с этим ЭГПА имеет большие перспективы широкого применения на КС благодаря следующим неоспоримым преимуществам [1]:

высокий КПД (на 30 % выше газотурбинных установок);

высокий срок службы и коэффициент готовности;

простота технического обслуживания и ремонта, затраты на которые в 3 – 5 раз ни же, чем у газотурбинных установок;

не сжигает транспортируемый газ в качестве топлива;

обеспечивает экологически чистую технологию транспортировки газа.

В связи с сокращением запасов природного газа на континентальных месторождениях, на первый план выходит разработка газовых месторождений морского шельфа. Разработка месторождений Арктического шельфа России с помощью плавучих платформ и газовозов сопряжена с большими трудностями из-за длительного ледового периоду. Решением этой задачи может стать строительство подводных газопроводов [3]. При этом альтернативы в ис пользовании ЭГПА в этом случае нет. В свою очередь подводные газоперекачивающие агре гаты должны обладать более высокими техническими и эксплуатационными характеристи ками.

В результате анализа всех вышеперечисленных объективных факторов и учитывая опыт проектирования ЭГПА, можно сделать вывод о необходимости нового и системно рас сматривать вопросы модернизации и создания перспективных и конкурентоспособных ЭГ ПА, включающих разработки в следующих областях:

использование инновационных достижений в области электромашиностроения и электрических материалов;

внедрение встроенных систем мониторинга и прогнозирования технического состо яния ЭГПА;

разработка специализированных пусковых устройств;

разработка различных вариантов регулировочной техники (полупроводниковых пре образователей частоты и/или напряжения с различными законами управления);

использование вариантов безредукторного ЭГПА;

разработка герметичных ЭГПА с использованием «сухих» уплотнений и магнитного подвеса;

реконструкцию системы электроснабжения.

ЛИТЕРАТУРА:

1. И.В. Белоусов, Г.Р. Шварц, М.С. Ершов и др. Новые технологии и современное оборудование в электроэнергетики газовой промышленности – М. ООО «Недра – Бизнес центр», 2008 г. – 478 с.

2. А.Г. Вертенов. Обеспечение расчетных режимов компремирования на КС с ЭГПА // Газовая про мышленность, 2009 г., №8. – С.47 – 50.

3. Р.И. Вяхирев, Б.А. Никитин, Д.А. Мирзоев. Обустройство и освоение морских нефтегазовых ме сторождений – М. Издательство Академии горных наук, 1999 г. – 373 с.

4. А.Ф. Пужайло, Е.А Спиридович, В.И. Воронков. Энергосбережение и автоматизация электрообо рудования компрессорных станций – Н. Новгород, 2010 г. – 560 с.

СЕКЦИЯ «ИНФОРМАЦИОННЫЕ И УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ»

Подсекция «Программное обеспечение и автоматизированные системы обработки ин формации и управления»

УДК 004.891. И. Е. Поддубный (5 курс, каф. ИУС), И. Г. Черноруцкий, д. т. н., проф.

ДИАГНОСТИРУЮЩАЯ ЭКСПЕРТНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ МОБИЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ В ходе работы получены новые научные результаты, связанные с применением диагно стирующих экспертных систем на мобильных устройствах.

В наше время широкое распространение на рынке получили смартфоны, коммуникато ры, планшетные компьютеры. Эти устройства, такие как iPhone, iPad и др., вс чаще исполь зуются для работы в различных областях бизнеса. В связи с этим, было решено реализовать на мобильных устройствах систему принятия решений. Это позволит лицу, принимающему решение (ЛПР), с помощью имеющегося у него смартфона/коммуникатора/КПК расширить круг выполняемых работ без необходимости использования дополнительного персонального компьютера, а также ускорить процесс принятия решений за счт отсутствия необходимости переноса данных между устройствами.

Экспертная система состоит из базы знаний, решателя, подсистемы объяснений, ин терфейса пользователя и редактора базы знаний (рис. 1). При этом для поддержания универ сальности необходимо отделить базу знаний от остальной части (оболочки системы). В та ком случае, базу знаний в любой момент можно будет изменить, дополнить, а программа бу дет выдавать решения на основе уже обновлнных данных.

Интерфейс Решатель Редактор пользователя базы знаний База знаний Подсистема объяснений Пользователь Знания эксперта Рис. Решатель данной экспертной системы основан на формуле Байеса. С е помощью мож но накапливать информацию, поступающую из разных источников, для подтверждения или опровержения определнной гипотезы.

Программа задат пользователю вопросы (свидетельства) и получает один из следую щих ответов: да, скорее да, не знаю, скорее нет, нет. На основе этих ответов с помощью фор мулы Байеса для каждой гипотезы высчитывается е вероятность. В конце диалога програм ма выдат результаты вычислений, выделяя наиболее вероятную гипотезу.

Представлять базу знаний проще всего в виде таблицы. Удобным инструментом для просмотра и редактирования таблиц является MS Excel. На одном листе приводится список свидетельств (вопросов), на втором – гипотезы с вероятностями для каждого свидетельства (структура листа приводится в таблице 1). Эти вероятности основаны на знаниях эксперта.

Для работы с файлами *.xls и *.xlsx существуют открытые библиотеки (например, «jxl.jar» на языке Java). А для разработки под Windows Mobile / Windows Phone существуют стандартные.Net-библиотеки компании Microsoft. Также базу знаний можно представить с помощью языка разметки XML, что может быть использовано при написании экспертной системы под платформы, в которых невозможна или неудобна работа с Excel.

Таблица 1. Структура таблицы вероятностей для гипотез Гипотеза 1 Гипотеза 2 … Априорная вероятность Априорная вероятность гипотезы 1 гипотезы Вероятность выбора гипотезы 1 Вероятность выбора гипотезы при ответе ДА на свидетельство 1 при ответе ДА на свидетельство Вероятность выбора гипотезы 1 Вероятность выбора гипотезы при ответе НЕТ на свидетельство 1 при ответе НЕТ на свидетельство Вероятность выбора гипотезы 1 Вероятность выбора гипотезы при ответе ДА на свидетельство 2 при ответе ДА на свидетельство Вероятность выбора гипотезы 1 Вероятность выбора гипотезы при ответе НЕТ на свидетельство 2 при ответе НЕТ на свидетельство … … В качестве первой платформы, под которую разрабатывается данная экспертная систе ма, был выбран Google Android. Это связано с широким его распространением на рынке мо бильных устройств. Кроме того, Android является бесплатным.

Разработка ведтся в среде Eclipse на языке Java с использованием Android SDK.

В настоящий момент идт адаптация системы под устройства с разным разрешением экрана. Также планируется введение функции поворота изображения на 90° при повороте самого устройства.

Таким образом, основной задачей разрабатываемой экспертной системы является по мощь ЛПР расширить круг выполняемых работ, благодаря использованию мобильного устройства, которое он может всегда носить с собой.

УДК 004.056. Н. А. Кобахидзе (4 курс, каф. ИУС), О. В. Александрова, асc.

, Александрова О. В. Криптографическая система для безопасного обмена данными между компьютерами в кластере КРИПТОГРАФИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ БЕЗОПАСНОГО ОБМЕНА ДАННЫМИ МЕЖДУ КОМПЬЮТЕРАМИ В КЛАСТЕРЕ В рамках выполненной работы создан протокол для защиты передаваемых данных, ос нованный на криптографических алгоритмах с открытым ключом [1].

Целью создания проекта являлась разработка криптографической системы для кластера на основе библиотеки OpenSSL для платформы GNU Linux. Кластер представляет собой группу компьютеров, объединнных высокоскоростными каналами связи и представляющий с точки зрения пользователя единый аппаратный ресурс. Элемент кластера – компьютер, входящий в состав кластера. Не все компьютеры в сети принадлежат кластеру. DC – элемент кластера, выполняющий функцию распределения вычислений между его элементами. В каж дом кластере всегда существует только один DC. Центр сертификации – основная управля ющая компонента инфраструктуры открытых ключей, предназначенная для формирования электронных сертификатов подчиненных центров сертификации и конечных пользователей.

Созданная криптографическая система организовывает безопасные сеансы связи между элементами кластера, т.е.:

Выполняет проверку принадлежности компьютера кластеру. Безопасный сеанс свя зи может быть организован только между элементами кластера.

Проверяет подлинность полученных данных. Элемент кластера, получив сообщение от другого элемента кластера, может проверить достоверность источника данных с помощью механизма цифровой подписи.

Предотвращает попытки открытия сеанса связи между компьютером сети, не явля ющимся членом кластера, и элементом кластера.

Предоставляет администратору функции центра регистрации, т.е. возможность назначить произвольному компьютеру сети разрешение на доступ к элементам кла стера, на основании имеющихся данных.

Протокол разработан с учетом особенностей целевой платформы:

1. Кластер не имеет выделенного компьютера, выполняющего роль центра сертифика ции. Центр сертификации находится на DC. В случае отказа DC, будет выбран но вый в соответствии с алгоритмом выбора, определенным для кластера. Таким обра зом, теряется необходимость разработки нового алгоритма для выбора центра сер тификации в каждом конкретном случае, т.к. появляется возможность использова ния более эффективного алгоритма выбора, используемого кластером для обеспече ния работоспособности его DC.

2. Одно из основных преимуществ криптографических систем с открытым ключом со стоит в отсутствии необходимости распределения секретных ключей по абсолютно безопасному каналу (см. модель К. Шеннона рис. 1), характерных для симметрич ной криптографии. Секретный ключ генерируется на компьютере пользователя и по нему рассчитывается открытый ключ. Таким образом, исчезает проблема доставки секретных ключей пользователям. По этой и ряду других причин в настоящей ра боте использованы алгоритмы, основанные на криптографии с открытым ключом.

Выводы. Разработана уникальная криптографическая система для кластера на основе библиотеки OpenSSL для платформы GNU Linux. Дальнейшее совершенствование протокола будет продолжаться в следующих направлениях:

Выбор наиболее оптимального алгоритма для шифрования передаваемой информа ции.

Расширение сетевого справочника - использование цепи отозванных сертификатов Повышение уровня надежности и быстродействия.

Использование более совершенного протокола защиты для предотвращения воз можных атак [1].

ЛИТЕРАТУРА:

1. Б. Шнайер. Прикладная криптография. 2 издание. – СПб.: Триумф, 2002 г. 816 с.

2. Б. Шнайер. Секреты и ложь. Безопасность данных в цифровом мире. – СПб.: Питер, 2003 г. 368 с.

3. Mark Mitchell, Jeffrey Oldham, Alex Samuel. Advanced Linux Programming. – www.newriders.com 2001 г. 340 с.

4. Шон Уолтон. Создание сетевых приложений в среде Linux. – СПб.: Вильямс, 2003 г. 464 с.

5. Eric Rescorla. An Introduction to OpenSSL Programming. Part 1. http://www.rtfm.com/openssl examples/, 2001 г. 13 с.

6. Eric Rescorla. An Introduction to OpenSSL Programming. Part 2. http://www.rtfm.com/openssl examples/, 2002 г. 15 с.

7. John Viega, Matt Messier, Pravir Chandra. Network Security with OpenSSL. – O'Reilly Media, 2002 г.

384 с.

УДК 004. А. В. Петров (5 курс, каф. ИУС), Ю. В. Юсупов, к. т. н., н. с.

ОПТИМИЗАЦИЯ ДЕРЕВА ПОВЕДЕНИЯ ФОРМАЛЬНОЙ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ, ПОЛУЧЕННОЙ ИЗ UCM-ДИАГРАММ В работе рассматривается повышение эффективности работы инструмента UCM2BP [1], применяя оптимизацию на этапе обхода дерева поведения.

Use Case Maps (UCM) – это описание последовательности действий, которые может производить система в ответ на внешние воздействия пользователей или других программ ных систем. Варианты использования отражают функциональность системы с точки зрения получения значимого результата для пользователя. Их применение привносит важные со ставляющие в процесс разработки программных систем [2]:

заполняет промежуток между словесным описанием требований и детальным дизай ном системы;

позволяет разработать архитектуру системы на высоком уровне абстракции проекта, а так же, когда архитектура выбрана, задать поведение системы;

помогает разработчику в рассуждениях о поведении сложных динамических систем;

предоставляет широкую нотацию, позволяющую изображать на диаграмме парал лельные структуры, таймера, точки прерываний, использовать аспекты и создавать иерархию диаграмм.

Дизайн системы в нотации UCM представляет собой набор взаимодействующих между собой диаграмм, характеризующих систему. В свою очередь каждая из диаграмм сосредото чена на описании взаимодействия компонентов (агентов, процессов системы), объектов, наблюдателей и подсистем. Каждый компонент и подсистема содержит в себе элементы от ветственности (Responsibilities), характеризующие действия моделируемых процессов, а так же строгую последовательность их появления. Таким образом, совокупность компонентов и диаграмм дает пользователю наглядное представление о системе и взаимодействии между компонентами, освобождает его от необходимости держать в уме сложное динамическое по ведение.

Рис. Основываясь на определенных правилах, под оптимизацией понимается сокращение путей обхода UCM диаграмм. В первую очередь убираются те элементы, которые несут на себе только лишь визуальную информацию — направляющие стрелки и пустые узлы. Далее сокращаются последовательности некоторых элементов, таких как разветвления и соедине ния путей. Последовательность разветвлений сливается в начальное разветвление, так что все последующие ветки, внутренних ветвлений, идут из одной точки. Последовательность соединений обрабатывается в обратном порядке, то есть, все ветвления сходятся в одной точке. После этого убираются получившиеся одинарные развилки и соединения. Информа ция с этих элементов добавляется к основным элементам, несущих на себе основную инфор мацию. В конце происходит сокращение стартовых и конечных точек, с соответствующим переносом всех условий. Таким образом, это приводит к уменьшению количества генериру емых базовых протоколов, позволяя при этом сохранить все потоки управления в проекте.

На Рис.1 показана простая диаграмма, состоящая из одной стартовой точки, фактически трех альтернатив и одной конечной точки. Последовательность из двух развилок здесь не нужна, так как будет выбран только один путь поведения, значит нужно организовать этот выбор сразу после стартовой точки. Так же и с последовательностью из двух соединений.

Далее, условие применения данной диаграммы, находящееся на стартовой точке необходимо перенести на следующий значимый элемент, в данном случае, на все три элемента Responsi bility. Условие завершения данной диаграммы с конечной точки также переносятся на предыдущие значимые элементы. В итоге мы сокращаем общее количество базовых прото колов с 19 до 3, сохраняя при этом поток управления.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Никифоров И.В., Петров А.В., Юсупов Ю.В. Генерация формальной модели системы по требова ниям, заданным в нотации USE CASE MAP - Научно-технические ведомости СПбГПУ (№4(103), 2010). Изд-во СпбГПУ.

2. Buhr R. J. A., Casselman R. S., Use Case Maps for Object-Oriented Systems. - Prentice Hall, 1995.

УДК 004. В. И. Максимов (4 курс, каф. ИУС), Т. А. Вишневская, доц.

Максимов В. И., Вишневская Т. А. Повышение эффективности обработки большого объема числовых данных, представленных в текстовом виде ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБРАБОТКИ БОЛЬШОГО ОБЪЕМА ЧИСЛОВЫХ ДАННЫХ, ПРЕДСТАВЛЕННЫХ В ТЕКСТОВОМ ВИДЕ В работе получены новые научные знания об эффективности построения трансляторов для обработки числовых данных, представленных в текстовом виде.

На данный момент существует огромное число при ложений, оперирующих с числовыми данными большого объема. Часто такие данные храниться в текстовом виде и нуждаются в предварительной обработке. Наиболее опти мальное преобразование текстовой информации в число вую последовательность является целью данной работы.

Одним из самых распространенных и интуитивных методов решения данного вопроса является выделение числовых лексем из текстового потока и дальнейшее их преобразование к числовому представлению. Для решения этих задач на объектно-ориентированном языке програм мирования C++ можно использовать функции STL (Stand ard Template Library) и стандартные функции преобразо вания к числовому виду (atoi/atof). Данный алгоритм изоб ражен в виде блок-схемы, представленной на рис. 1.

Алгоритм обладает достаточно большим недостат Рис. ком: при обработке большого объема данных заметно па дает производительность системы. А для некоторых приложений это может быть критично.

Именно поэтому, мы решили построить собственный транслятор, распознающий последова тельность числовых данных. Такой транслятор удобно представить в виде набора синтакси ческих диаграмм, одной из которых является диаграмма, распознающая числовые данные.

Примером может служить синтаксическая диаграмма с семантическими операциями для трансляции языка вещественных констант, представленная на рис. 2.

Рис. В результате тестирования данных алгоритмов, были получены следующие результаты:

алгоритм, основанный на построении транслятора, дает как минимум десятикратный выиг рыш во времени. При реализации конкретной задачи 20 секунд, затрачиваемых в первом ал горитме, удалось свести к 200-300 миллисекундам, используя транслятор.

Выводы. Таким образом, в данной работе был найден эффективный алгоритм обработ ки большого объема числовых данных и показано его превосходство над другими алгорит мами.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Ю. Г. Карпов. Теория автоматов. – СПб.: Питер, 2003. 208 с.

2. Ю. Г. Карпов. Основы построения трансляторов. – СПб.: БХВ-Петербург, 2005. 272 с.

УДК 004.45:004. А. Ф. Коротченко (5 курс, каф. ИУС), С. А. Фдоров, асп. каф. ИУС, ст. преп. СПбГПУ, инж.-иссл. ФТИ им. А. Ф. Иоффе РАН ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ПО ЭЛЕКТРОСЕТИ МО ДЕМА MAX Цель данной работы – исследовать возможность расширения частотного диапазона модема MAX2990 без потери производительности вследствие увеличения количества оши бок на линии связи.

Это позволит определить необходимые изменения в прошивке модема и увеличить скорость передачи информации.

Важно понимать, что электросети являются агрессивной средой. Частотный диапазон, лежащий ниже 10…500 кГц, особенно чувствителен к электромагнитным наводкам, фоновому шуму, импульсному шуму и групповым задержкам.

Поставлены две дополнительные задачи по последующему совершенствованию микропропрограммы модема MAX2990.

1. Обеспечить возможность построения сетей по принципу «множественная точка многоточка», что позволит создавать сложные информационные системы.

2. Добавить управление настройками модема по порту RS232 с помощью графического меню, что сократит время ввода в эксплуатацию и упростит его дальнейшее обслуживание.

Интегральная схема модема передачи данных по электросети MAX2990 позволяет реа лизовать наджное и недорогое решение для полудуплексной асинхронной передачи данных по электросетям переменного тока на скорости до 100 кбит/сек. MAX2990 – высокоинтегри рованная система на кристалле (SoC), которая сочетает физической слой (PHY), контроллер MAC и 16-битное ядро микроконтроллера MAXQ. Чтобы добиться наджной передачи дан ных по электросети, от которой питаются множество различных электроприборов, у MAX2990 используется ортогональное частотное разделение каналов с мультиплексирова нием (модуляция OFDM).

MAX2990 содержит ядро микроконтроллера MAXQ. MAXQ – 16-битный микро контроллер RISC с памятью Flash размером 32 Кбайт, ПЗУ размером 5.12 кбайт и статиче ским ОЗУ объемом 8 Кбайт, из которых 4 Кбайт могут одновременно использоваться микро контроллером и трансивером. MAX2990 интегрирует модули последовательной связи (SPI, I2C, UART) и часы реального времени, а также такие стандартные блоки, как таймеры, пор ты ввода-вывода и блок внешних прерываний (см. рис. 1).

Рис. 1. Внутренняя архитектура модема MAX2990 использует мультиплексирование с ортогональным частотным разделением сигналов (OFDM), которое обеспечивает надежную передачу данных по некачественному каналу, в т.ч. при наличии импульсных помех. Схема OFDM дополнена блоками двухкрат ной фазовой манипуляции (BPSK) и прямой защиты от ошибок (FEC). Это необходимо в связи со свойственной им адаптируемостью под каналы с выборочной частотой без исполь зования эквалайзеров, устойчивостью к помехам, надежностью передачи данных при нали чии группового распределения задержек и стойкостью к импульсным помехам. MAX содержит схему подавления помех, которая удаляет регулярные синусоидальные электро магнитные наводки в диапазонах FCC и ARIB.

Защита данных реализуется DES шифрованием.

УДК 004. Г. Ю. Синицкий (5 курс, каф. ИУС), Н. В. Воинов, н. с.

ПРИМЕНЕНИЕ НОТАЦИИ UCM ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕСТИРОВАНИЯ ПРОГРАММНОГО ПРОДУКТА В работе рассмотрено представление исходных требований на программный продукт в виде UCM диаграмм для последующего создания формальной модели требований и генера ции по ней тестовых сценариев.

UCM нотация [1] позволяет описать последовательности действий, которые может производить система в ответ на внешние воздействия пользователей или окружения. UCM диаграммы отражают функциональность системы с точки зрения совокупного описания ее поведенческих и архитектурных свойств. Их применение привносит важные составляющие в процесс разработки программных систем:

заполняет промежуток между словесным описанием требований и детальным ди зайном системы;

позволяет разработать архитектуру системы на высоком уровне абстракции и опи сать поведение системы на определенной архитектуре;

помогает разработчику предсказывать сценарии поведения сложных систем;

предоставляет удобную нотацию, позволяющую изображать на диаграмме парал лельные структуры, таймера, точки прерывания, использовать аспекты.

Дизайн системы в нотации UCM представляет собой набор взаимодействующих между собой диаграмм. В свою очередь каждая из диаграмм сосредоточена на описании взаимодей ствия компонентов (агентов, процессов системы), объектов, наблюдателей и подсистем.

Каждый компонент описывает элементы ответственности (Responsibilities), соответствую щие некоторым событиям в системе, а так же очередность их возникновения. Таким образом, совокупность компонентов и диаграмм дает пользователю наглядное представление о пове дении системы и взаимодействии между ее компонентами.

В настоящей работе нотация UCM использована для описания реального промышлен ного проекта. Реализуемое приложение представляет собой экран в кабине поезда метропо литена. На этом экране отображаются скорость в нескольких измерениях (км/ч) и данные о состоянии поезда (тормозная система, открывание дверей, контроль тяги, система, собираю щая вс информацию со всего поезда). В более чем 200 требованиях определены 7 основные режимы работы.

Дня начала построения UCM требуется выделить инстанции, взаимодействующие с приложением. Далее выделить требования, описывающие взаимодействия определнной си стемы с дисплеем. Из каждого пункта требований выделяются начальные условия, при кото рых возможно выполнение сценариев взаимодействия. Далее следует выделение сигналов и занесения их параметров на элементы UCM диаграммы. Следующим этапом построения UCM модели является прорисовка последовательности событий, т.е. создание сценариев вза имодействия систем так, чтобы последовательности событий соответствовали сценариям, описанным в конкретных пунктах требований. После описания сценариев отдельных требо ваний необходимо их объединить на одной диаграмме.

При анализе требований было выявлено, что каждый из сценариев может выполняться независимо от других, и существует только два связывающих их параметра – скорость и ре жим работы (рис.1)..

Рис.1 UCM диаграмма, объединяющая все режимы работы По разработанной диаграмме с помощью инструмента UCM2BP[2] был автоматиче ски получен набор базовых протоколов, представляющий собой формальную модель систе мы. Средствами технологии верификации и автоматизации тестирования VRS/TAT[3][4] был сгенерирован и исполнен набор из 32 тестов, покрывающих все исходные требования на проект. Время, затраченное на разработку приложения и генерацию кода по UCM специфи кациям, составило 0,3 человеко-месяца, что на 40% меньше, чем при традиционном подходе.

Таким образом, применение UCM нотации позволило значительно сократить время, требуемое на разработку формальной модели системы, а также предоставило удобную и по нятную форму описания поведения системы, по которой удалось сформировать тестовые сценарии, проверяющие требования.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Buhr R. J. A., Casselman R. S., Use Case Maps for Object-Oriented Systems. Prentice Hall, 1995.

2. Никифоров И.В., Петров А.В., Юсупов Ю.В. Генерация формальной модели системы по требова ниям, заданным в нотации USE CASE MAP - Научно-технические ведомости СПбГПУ (№4(103), 2010). Изд-во СПбГПУ.

3. Летичевский А.А., Капитонова Ю.В., Летичевский А.А. (мл.) и др. Спецификация систем с по мощью базовых протоколов // Кибернетика и системный анализ, 2005, №4. С.3 21.

4. Дробинцев П.Д. Интегрированная технология обеспечения качества программных продуктов с помощью верификации и тестирования. Диссерт. на соискание уч. ст. канд. техн. наук. СПб.:

СПбГПУ, 2006. 238 с.

УДК 004.056. В. А. Ковтун (4 курс, каф. ИУС), О. В. Александрова, асс.

СОЗДАНИЕ БИБЛИОТЕКИ, ПРЕДОСТАВЛЯЮЩЕЙ ИНТЕРФЕЙС ДЛЯ БЕЗОПАСНОГО СОЕДИНЕНИЯ МАШИН В СЕТИ В ходе проделанной работы были получены новые научные знания о безопасной аутен тификации машин с использованием сертификатов и алгоритмов шифрования реализован ных в криптографическом пакете с открытым исходным кодом OpenSSL.

В данной работе была поставлена задача написать библиотеку которая позволила бы нескольким машинам соединиться, и удостовериться в двустороннем порядке что можно до верять друг другу, т.е например что соединение произошло в соответствии с ожидаемым абонентом. В библиотеке реализованы клиентская и серверная часть а так же механизмы об мена сертификатами и их проверки на достоверность.

Механизм работы с сертификатами в общем виде заключается в следующем:

Есть некий центр авторизации (ЦА), которому все доверяют, у этого ЦА есть специаль но сгенерированный ключ а также сертификат сгенерированный на основе этого ключа (ключевая пара). Сертификат также содержит в себе ряд других параметров, например срок действия, дата начала действия, владелец и т. д.

Ключ является секретным и служит для подписи других (подписать можно только имея ключевую пару) сертификатов. Сертификат этого ЦА не является секретным и служит для верификации других сертификатов(чтобы выяснить был ли такой то сертификат подписан ЦА) и его можно распространять.

Далее, представим что есть машина A и машина B, им необходимо соединиться и убе диться что A это A а B это B а не подставная машина. Здесь- то и помогают сертификаты.

Так как A и B доверяют ЦА то их действия одинаковы и заключаются в следующем: сгене рировать свой секретный ключ, на его основе сгенерировать заявку (по сути это тоже серти фикат) на подпись. Далее обратиться в ЦА чтобы там подписали заявку ключевой парой ЦА.

После подписи им должны вернуть подписанный сертификат и сертификат ЦА (естественно без ключа). Задача по безопасной доставке сертификата до ЦА и обратно ложиться на чело века (например можно сходить туда лично). Итого машины A и B имеют каждая: собствен ный ключ, сертификат подписанный ЦА и сертификат ЦА. Теперь, во время соединения A и B обмениваются своими сертификатами, проверяют их на подлинность с помощью сертифи ката ЦА и убедившись в их достоверности могут начать сеанс обмена данными с шифрова нием (отдельная тема) или без.

При создании библиотеки использовался криптографический пакет с открытым исход ным кодом OpenSSL.

Выводы. В результате проделанной работы была написана уникальная библиотека предоставляющая интерфейс для безопасного соединения машин в сети.

ЛИТЕРАТУРА:

1. J. Viega, M. Messier, P. Chandra «Network Security with OpenSSL». – O'Reilly Media, 2002. 384 с.

2. Документация с сайта http://www.openssl.org/.

УДК 004. В. В. Черкалова, М. В. Саламатов, А. В. Сороцкий, А. Н. Сычев, Я. М. Андреев (4 курс, каф. ИУС), О. В. Александрова, асc.

СОЗДАНИЕ И АНАЛИЗ СИСТЕМЫ РАСПРЕДЕЛЕННОГО ХРАНЕНИЯ ДАННЫХ В работе получены новые научные знания о системах распределенного хранения ин формации.

В рамках нашего проекта было создано программного обеспечение, объединяющее не сколько компьютеров в кластер, для организации распределенной базы данных, обеспечива ющей высокий уровень надежности хранения информации.

Нами были поставлены и решены следующие задачи:

1. Создание иерархии внутри машин кластера, подразумевающей наличие нескольких клиентов на каждой из машин, демона, к которому эти клиенты отправляли бы запро сы, и правил общения этих сущностей внутри сети, объединяющей машины в кластер.

2. Создание библиотеки, предоставляющей функции для обмена сообщениями между компьютерами по глобальной сети и между клиентами и управляющими сущностями на локальных машинах. Эта библиотека также должна организовать передачу файлов с одной машины на другую.

3. Создание клиентского приложения (далее – клиент), запускаемого на локальной ма шине и обеспечивающего доступ к файлам, находящимся в распределенной системе.

Предусмотреть возможность запуска нескольких клиентов на каждой из машин. Разра ботать библиотеку, предоставляющую функции для работы с файлом на локальной ма шине.

4. Создание демона (программы, работающей в фоновом режиме и не имеющей пользова тельского интерфейса), принимающего и обрабатывающего сообщения от каждого из локальных клиентов и отправляющего определенные сообщения всем участникам кла стера.

При создании проекта мы не использовали дополнительные библиотеки, помимо стан дартных, и использовали язык С, что позволило нам создать достаточно надежную систему.

В рамках теоретического исследования мы изучили существующие системы для созда ния кластеров, а также уровни для передачи сообщений в частности. Среди исследованных нами систем: «Lustre», «Open AIS», «CoreSync», «Open Clovis», «Google file system», «Tran sis» и другие.

Исследование показало, что созданная нами система обмена сообщениями является од ной из наиболее эффективных, поскольку мы поодерживаем передачу форматированных со общений, что позволяет сильно ускорить их прием и обработку. А это, в свою очередь, по вышает эффективность системы в целом.

Также для реализации взаимодействия сущностей внутри кластера нами был изучен ряд алгоритмов, обеспечивающих высокий уровень надежности для подобных систем. Эти алгоритмы включают в себя механизм выбора координатора системы, механизм хранения и передачи базы данных о системе, алгоритмы обмена сообщениями и файлами.

Выводы. В результате нашей работы была получена уникальная система для распреде ленного хранения данных.

Литература:

1. Y. Amir, L. E. Moser, P. M. Melliar-Smith, D. A. Agarwal and P. Ciarfella, The Totem single-ring or dering and membership protocol, ACM Transac- tions on Computer Systems, vol. 13, no. 4 (November 1995), pp. 311–342.

2. W. C. H. Cheng, X. Jia and S. Kutty, Towards fault-tolerant and synchronous multicast protocols for dis-tributed systems, Proceedings of the 9th International Conference on Parallel and Distributed Compu ting Systems, Dijon, France (September 1996), pp. 418–425.

3. T. Tachikawa, H. Higaki, M. Takizawa, M. Gerla, M. T. Liu and M. Deen, Flexible wide-area group communication protocols–International experiments, Proceedings of the 1998 Workshop on Architectural and OS Support for Multimedia Applications, Minneapolis, MN (August 1998), pp. 105–112.

УДК 004. В. А. Макаров (4 курс, каф. ИУС), С. А. Фдоров, асп. каф. ИУС, ст. преп. СПбГПУ, инж.-иссл. ФТИ им. А. Ф. Иоффе РАН ТЕХНОЛОГИИ ВЫЧИСЛЕНИЙ НА ГРАФИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОРАХ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ В работе получен сравнительный анализ технологий, которые позволяют проводить вычисления на графических процессорах общего назначения.

В настоящее время получила широкое распространение техника использования графи ческих процессоров видеокарт для общих вычислений. К задачам, которые решаются с по мощью графических процессоров относятся: задачи линейной алгебры, обработка изображе ний, моделирование физических процессов, кодирование и т.д.

Целью работы является анализ и выбор технологии вычисления на графических про цессорах видеокарт.

По своей архитектуре графические процессоры всегда предназначались для проведения массивных вычислений при обработке графических данных. Разработка и развитие графиче ских карт всегда очень мощно поддерживалась индустрией компьютерных игр. Это привно сило большие инвестиции и конкуренцию на рынок графических карт, что и дало бурный рост их производительности при относительно небольшой стоимости.

Рост рынка видеокарт создал новую нишу использования видеокарт – общие вычисле ния, которые обычно проводят на центральном процессоре. Исходя из этого, становится очень актуальной задача использования существующих численных методов на графических процессорах. Это позволит применять проверенные и мощные методы на более производи тельной и доступной аппаратуре – графических картах.

Вычисления на графических процессорах имеют ряд преимуществ по сравнению с цен тральными процессорами. Для сравнения выберем СPU Intel Xeon X5570 (12 ядер с базовой тактовой частотой в 2.9ГГц) и GPU AMD FireStream 9270. Вычислительная мощность про цессора от Intel составляет примерно 46 Гфлопс, в то время как у графического решения от AMD – более 1 Тфлопс при операциях одинарной точности и 240 Гфлопс при двойной точ ности. В современных суперкомпьютерах применяются, как GPU, так и CPU, однако лидер рейтинга производительности Cray XT5 Jaguar всецело составлен из CPU.

Уже существует множество технологий вычисления на графических процессорах ви деокарт. К ним можно в первую очередь отнести:

CUDA (корпорация Nvidia) Готовый комплект разработки ПО, использующего мощности графических процессо ров Nvidia во время исполнения.

Larrabee (корпорация Intel) Гибрид между многоядерными центральными процессорами и графическими процес сорами;

поддерживает инструкции x86, но в то же время имеет SIMD и текстурные блоки.

FireStream (корпорация ATI/AND) Аналог решения Nvidia от ATI для графических процессоров собственного производ ства.

Fusion (корпорация AMD) Проект по объединению CPU и GPU на одном кристалле.

Direct3D 11 (корпорация Microsoft) Решение от известной корпорации, поддерживающее множемтво графических процес соров.

OpenCL (промышленный консорциум Khronos Group) Открытый каркас приложений для создания кода, межплатформенного по отношению как к графическому ускорителю, так и к ОС. OpenCL обеспечивает параллелизм на уровне инструкций и на уровне данных.

FireStream и CUDA завязаны только на специальных видеокартах от двух производите лей – Nvidia и AMD. Технология Direcy3D предполагает использование только операцион ной системы семейства Windows. OpenCL представляет из себя каркас приложений, позво ляющий производить вычисления на графических процессорах видеокарт и на центральных процессорах.

При реализации вычислений на графических процессорах общего назначения можно выделить ряд проблем:

Основной сложностью является наличие большого процента служебного кода, необходимого для реализации собственно вычислений на видеокартах.

Драйверы устройств генерируют не оптимальный код.

Производительность решений на OpenCL ниже производительности решений на CUDA и FireStream. При сравнении производительности OpenCL и CUDA был обнаружен проигрыш от 13% до 63%.

Массивный блок кода, необходимый в каждой программе на OpenCL.

Выводы. Имеющийся инструмент решения выбранных задач достаточно мощный, а вышеперечисленные проблемы полностью или частично решаемы со стороны разработчика драйверов или же со стороны программиста.

Подсекция «Технологии разработки программного обеспечения»

УДК 004. А. О. Веселов (асп. каф. ИУС), В. П. Котляров, к. т. н., проф.

АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕСТИРОВАНИЯ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ ПРОЕКТОВ Тестирование является неотъемлемым этапом любого современного процесса промыш ленной разработки программного обеспечения. Использование вплоть до 40% ресурсов на тестирование не является чем-то необычным для компании, производящей программные продукты. Поэтому вопросы автоматизации и эффективности тестирования являются весьма актуальными.

Рассматривается технология [1] обеспечивающая частичную автоматизацию ручной работы в процессе создания программного обеспечения, путем генерации кода из высоко уровневых моделей, и повышение качества продукта за счт интеграции верификации и те стирования.

Описываемая технология подразумевает что создание программного продукта начина ется с интерпретации и формализации требований. На этапе формализации инженеры созда ют модель системы в виде множества базовых протоколов [1], каждый из которых представ ляет собой описание некоторого элементарного поведения со своим пред- и постусловием.

Комбинации соединений протоколов образуют дерево поведения. Каждый путь в таком де реве – это сценарий возможного поведения системы.

Модель системы, представленная в виде базовых протоколов, проходит затем стадию формальной верификации. На основе этой же модели возможно генерировать код целевого программного продукта.

С другой стороны, модель в терминах базовых протоколов можно рассматривать как дерево поведения с огромным числом возможных сценариев, каждый из которых является потенциальным тестом. Покрыть все такое дерево тестами становится невозможно уже для достаточно простых систем (тем более для систем промышленного масштаба), поэтому тре буется специальный критерий фильтрации.

В описываемой технологии используется «критерий цепочек» [2], который позволяет обеспечить покрытие функциональных требований с помощью относительно небольшого тестового набора. Критерий требует создания «цепочки» для каждого требования. «Цепочка»

– это последовательность ключевых воздействий и реакций тестируемой системы, соответ ствующих поведению, необходимому для проверки покрытия некоторого требования.

Создание цепочек – процесс интерпретации требований, являющийся преимуществен но ручной работой. Он значительно упрощается и частично автоматизируется если заказчик предоставляет требования в некоторой формальной нотации, например в виде UCM [5] или MSC [6].

Цепочки используются для направленного поиска в дереве поведения модели тести руемой системы для генерации трасс. В результате появляется набор тестов (представленных в виде MSC диаграмм), покрывающих функциональные требования (если в модели удается найти путь с заданными в цепочках последовательностями событий).

Следующим шагом является генерация исполняемого кода тестов и тестового окруже ния на целевую платформу на основе полученных MSC сценариев, этот процесс автоматизи рован при помощи инструмента автоматизации тестирования TAT.

Описанная технология показывает хорошие результаты когда размер проекта достаточ но небольшой, однако применение ее к индустриальным проектам приводит к появлению дополнительного шага — детализации. Верификация индустриальных проектов требует аб страгирования от некоторых деталей. Поэтому, модель из базовых протоколов следует дета лизировать после верификации и перед генерацией кода продукта и тестов.



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 6 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.