Метод оптимизации структуры в иерархических распределенных системах управления

Онуфрей А.Ю., Разумов А.В., Какаев В.В. Метод оптимизации структуры в иерархических распределенных системах управления // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2023. Т. 23, № 1. С. 44–53. doi: 10.17586/2226-1494-2023-23-1-44-53

Предмет исследования. Предложено описание системы управления в виде ориентированного графа и способ формализации задачи выбора варианта структуры системы управления. Представлены результаты исследования иерархических распределенных систем управления на основе аналитических и статистических моделей оценивания показателей эффективности и оптимизации их структуры. Разработаны модель и метод оптимизации систем управления с иерархической структурой, позволяющих на основе синтеза опорного варианта однородной иерархической структуры провести оптимизацию системы управления с произвольной структурой. По сравнению с известными методами, допущение об однородности структуры системы управления дает возможность использовать аналитическое решение при выборе опорного плана в соответствии с предложенным критерием в векторном пространстве «оперативность-стоимость». Метод. Предложенный метод оптимизации базируется на доказательстве возможности исследования однородных иерархических распределенных систем управления аналитическими методами и получения зависимости стоимости и времени решения задач в системе управления от параметров ее структуры. Метод оптимизации структуры состоит из двух основных этапов. На первом этапе, в рамках аналитической модели, решаются прямая задача оптимизации по минимуму времени обработки при ограничении на стоимость и обратная задача оптимизации по минимуму стоимости при ограничении на время обработки. Результатом является выбор лучшего опорного плана однородной структуры системы управления. На втором этапе, на основе имитационного моделирования, решается задача определения «критических» участков (пунктов управления), ограничивающих эффективность функционирования системы управления. Найденные «критические» участки подлежат улучшению за счет изменения их структуры и введения новых технических решений, обеспечивающих заданные показатели эффективности всей системы управления. Основные результаты. Создана модель иерархической структуры системы управления. Показана процедура выбора опорного варианта и алгоритм модификации структуры системы управления. Приведен пример оптимизации структуры системы управления по критерию требуемой пропускной способности. Пример показал, что применение предложенного метода позволяет выбрать вариант структуры, удовлетворяющий выбранному критерию и заданным ограничениям. Практическая значимость. Представленный метод может быть применен на ранних этапах проектирования распределенных информационных систем управления при выборе вариантов их построения и обосновании требований к техническим характеристикам элементов структуры.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License