Концепция АСНИ и адаптирующийся эксперимент. Алгоpитмы и математическое обеспечение для систем автоматизации экспеpимента

Системы ЦАГИ

А. Д. Смирнов, В. С. Криворученко, И. В. Криворученко

Наряду с решением конкретных задач автоматизации эксперимента с 1979 г. в рамках межотраслевой программы АЛМОЭКС (алгоритмы и математическое обеспечение аэрофизического эксперимента) под общим научным руководством академика Н.Н. Яненко, профессоров Г.Л. Гродзовского и А.Д. Смирнова было начато концептуальное осмысление проблем автоматизации эксперимента и заложены основы ее как науки. В этой программе принимали участие представители практически всех авиационных научно-исследовательских и конструкторских предприятий страны и ряд организаций приборостроения и электроники.

Анализ деятельности ведущих организаций страны показал, что повсеместно основными направлениями автоматизации были разработка и внедрение нестандартных аппаратных средств и математического обеспечения для выполнения традиционных задач. Однако в начале 80-х промышленность уже освоила выпуск мини-ЭВМ типа СМ-4, нескольких типов измерительной аппаратуры, а также ИВК на их базе. Это практически открывало эпоху создания промышленных и унифицированных программных средств для них.

Бурное развитие систем автоматизации проектирования (САПР) и расчетно-экспериментальных технологий на базе мощных удаленных ЭВМ поставили вопрос о границах систем автоматизации эксперимента и методах их взаимодействия с САПР и расчетными системами. Все это потребовало новых концепций, которые бы учитывали новые требования к АДЭ и органично включали новые возможности бурно меняющихся компьютерных технологий.

Концепцию АСНИ (автоматизированных систем научных исследований) как неразрывной совокупности аппаратных, программных и алгоритмических средств для оптимального решения задач экспериментальной аэродинамики выдвинул Г.Л. Гродзовский. Основной задачей АСНИ является обеспечение максимума экспериментальной информации при заданных ограничениях (по времени, затратам и т. д.). Поэтому алгоритмическое обеспечение АСНИ для конкретных видов аэродинамического эксперимента должно определяться на основе положений теории информации и оптимальных статистических решений. Типовые задачи при исследованиях аэродинамики струйных течений являются параметрическими: исследователя интересуют оптимальные оценки неизвестных параметров (аэродинамических нагрузок, средних скоростей потока, давлений, тепловых потоков, степени турбулентности и др.), информация о которых заключена в результатах измерений. Целью аэродинамического эксперимента является нахождение интересующей исследователя функциональной зависимости на основе определенной выше совокупности параметров в заданном диапазоне изменения контролируемых переменных (при разных режимах эксперимента).

Для достижения этой цели нужно было обеспечить знание:

• метрологических характеристик измерительного канала (от первичного преобразователя измеряемого параметра до зафиксированного в памяти ЭВМ его цифрового эквивалента);
• статистических характеристик измеряемого физического сигнала для получения истинного значения измеряемого параметра.

Выше упоминалось о разработке и внедрении в рамках всей системы единой технологии метрологической аттестации, которая обеспечила получение сопоставимых точностных характеристик для всех АСНИ.

В рамках работ по АЛМОЭКС было доказано, что структура оптимального проведения аэродинамического эксперимента должна быть адаптирующейся. Метод максимального правдоподобия определяет эффективные оптимальные оценки искомых параметров с минимальной дисперсией, обеспечивая полное извлечение экспериментальной информации за минимальное время проведения эксперимента при заданной погрешности. Были разработано и матобеспечение, поддерживавшее реализацию этой концепции — пакет алгоритмов и программ (ПАП) АЛМОЭКС (В.С. Криворученко, Е.М. Слободянюк, В.В. Петроневич и др.).