Принципы построения модели измерения параметра контролируемого объекта

Проблема формирования модели измерения задачи оценивания по экспериментальным данным относится к классу сложных задач, для решения которых необходимо использовать принципы системного анализа. При этом определяющими принципами являются:

1. Принцип декомпозиции, в рамках которого сложный объект разбивается на более простые с иерархической структурой связей. Тогда каждый простой объект, решая конкретную задачу, обеспечивает тем самым достижение общей цели. С этих позиций к особенностям сложного объекта следует отнести такие:

а) сложный объект можно расчленить на конечное число простых объектов, а каждый простой объект, в свою очередь, – на конечное число более простых объектов до тех пор, пока не получим элементы, которые в условиях данной задачи не подлежат расчленению на части;

б) элементы сложного объекта функционируют во взаимодействии друг с другом;

в) свойства сложного объекта определяются не только свойствами отдельных элементов, но и характером взаимодействия между ними.

На практике стремятся расчленить сложный объект на такую совокупность простых объектов, которая наилучшим образом отражала бы работу и функциональное взаимодействие ее элементов. В этом случае и строгое физико-математическое описание становится более доступным.

Использование принципа декомпозиции сложных объектов на простые объекты, простых объектов на элементы позволяет создать модель сложного объекта путем разработки для простых физических элементов их математическое описание и соответствующий алгоритм.

Практическая реализация этого принципа предполагает, что специалисты, изучающие процессы в каждом конкретном элементе, способны на основе экспериментальных и теоретических исследований разработать модели всех элементов и достичь при этом точности, которая необходима для оценки характеристик работоспособности каждого из этих элементов в условиях штатной эксплуатации.

Таким образом, описание математически с достаточной степенью точности для расчета текущих состояний частей объекта и его элементов или совокупность числовых данных для описания указанных состояний, полученные в специальных экспериментальных исследованиях, позволяет создать программно - реализуемые алгоритмы функционирования частей объекта и его элементов. Отсюда совокупность моделирующих алгоритмов частей объекта, элементов, разработанных указанным способом, с учетом их взаимодействия определяют алгоритм модели всего объекта в целом.

2. Принцип допустимых упрощений, в соответствии с которым общий алгоритм модели, полученный в результате декомпозиции объекта, разработки специалистами алгоритмов элементов и их связей и последующего объединения, является только исходным, и его еще нельзя положить в основу создания рабочей модели объекта. Это определяется его громоздкостью, а также плохой согласованностью с вычислительными ресурсами и с требованиями к модели объекта. Такие возможные недостатки исходного алгоритма модели вытекают из различия целей моделирования отдельных элементов и сложного объекта в целом.

Причина различия целей состоит в том, что при разработке алгоритмов элементов стремятся отразить характеристики этих элементов с максимальной точностью, что приводит к их сложности и в итоге:

– непомерно возрастает время счета одной реализации функционирования объекта в целом;

– уменьшается общее число модельных экспериментов (реализаций) при общем ограничении времени на испытание сложного контролируемого объекта.

С точки зрения влияния на конечную точность моделирования контролируемого объекта вклады отдельных элементов могут оказаться несущественными, а значит, сами описания алгоритмов их функционирования могут допускать упрощения, т.е. модель контролируемого объекта в целом должна строиться на основе компромисса между ожидаемой точностью оценок конечного показателя и сложностью самой модели, который достигается за счет допустимых упрощений как исходных алгоритмов моделей элементов, так и алгоритмов их взаимодействия.

Методики анализа возможных упрощений при создании рабочей модели бывают самыми разными, но смысловое содержание их состоит в том, чтобы обеспечить системные расчеты в отведенное время и достичь при этом заданной точности конечного показателя (например, эффективности для объекта). Естественно, что указанный анализ, направленный на исключение, замену отдельных объектов или их корректировку должен предполагать:

– более углубленное аналитическое изучение и представление работы физического аналога;

– экспериментальные исследования физического аналога.

При этом наиболее конкретная рекомендация по упрощению может быть дана лишь в отношении простых объектов, осуществляющих воздействие на исследуемую часть объекта. Только в этой ситуации простые объекты можно однозначно заменить упрощенным эквивалентом, не зависящим от указанной исследуемой части объекта. Если при заменах и корректировках не нарушается функциональное взаимодействие простых и сложных объектов, то схема сопряжения их в общей модели остается без изменений. При заменах простых объектов упрощенным эквивалентом отказываются от точного описания в следующих случаях:

– либо на основе отдельных исследований на самостоятельной модели (“частной” модели) воздействий и выбора в качестве замены нового элемента, формирующего реализации наихудшего воздействия;

– либо при достаточно большом числе факторов, определяющих воздействие, выбором в качестве замены нового элемента, формирующего случайное воздействие с заданными характеристиками.

В заключение общего анализа формирования модели контролируемого объекта следует отметить, что полученные при общем анализе моделирования результаты можно использовать как при формировании МИ, которое более детально проанализировано в данной главе ниже, так и при моделировании устройств формирования МИ, которое будет осуществлено в главе 5.