Математичне та програмне забезпечення автоматизованого проектування систем “інтелектуального будинку”

Abstract

У дисертаційній роботі розв’язано наукове завдання підвищення ефективності автоматизованого проектування систем “інтелектуального будинку” на основі розробленого методу, моделей та засобів. У роботі розвинуто метод автоматизованого синтезу моделей на основі теорії мереж Петрі для системного рівня автоматизованого проектування, який ґрунтується на інформації про структуру системи і теорію графів та дає змогу автоматизувати побудову структурних моделей підсистем інтелектуального будинку (ІБ). Розроблено моделі для системного рівня автоматизованого проектування систем ІБ, які ґрунтуються на теорії кольорових мереж Петрі та дають змогу визначити динаміку роботи, перевірити спроектовану систему на наявність тупиків, живучість та обмеженість. Введено інтелектуальний аспект на усіх рівнях автоматизованого проектування таких систем та сформульовано основні задачі на кожному з них, що дасть змогу підвищити ефективність автоматизованого проектування систем ІБ. Вдосконалено моделі підсистем клімат-контролю, освітлення, захисту та запобігання технічних аварій ІБ, які використовують штучні нейронні мережі на основі багатошарового перцептрона, що дає змогу опрацьовувати нечіткі та неструктуровані дані від підсистеми давачів. Отримали подальший розвиток фізичні моделі підсистем клімат-контролю, освітлення, захисту та запобігання технічних аварій ІБ, у формі нейроконтролера, які використовують мікроконтролер AVR та програмні моделі на основі штучних нейронних мереж. Розроблено програмно-апаратні засоби автоматизованого проектування систем ІБ, що дають змогу підвищити рівень автоматизації проектування. В диссертационной работе решено научное задание повышения эффективности автоматизированного проектирования систем “интеллектуального дома”. С этой целью разработан метод, модели и средства автоматизации разработки систем “интеллектуального дома”. Созданный метод позволяет автоматизировать синтез моделей. Они строятся на основе теории сетей Петри и используются для системного уровня автоматизированного проектирования. Разработанный метод основывается на информации о структуре системы и теории графов. Он позволяет автоматизировать построение структурных моделей подсистем “интеллектуального дома”. В работе разработаны модели для системного уровня автоматизированного проектирования систем “интеллектуального дома”. Они основаны на теории цветных сетей Петри и позволяют определить динамику работы, а также проверить спроектированную систему на наличие тупиков, живучесть и ограниченность. В диссертации введено интеллектуальный аспект на всех уровнях автоматизированного проектирования таких систем. В ней сформулированы основные задачи этого аспекта на каждом уровне проектирования. Это делает возможным повышение эффективности автоматизированного проектирования систем “интеллектуального дома”. Также в работе усовершенствовано модели подсистем климат-контроля, освещения, защиты и предотвращения технических аварий “интеллектуального дома”. Они используют искусственные нейронные сети на основе многослойного перцептрона. Это позволяет обрабатывать нечеткие и неструктурированные данные от подсистемы датчиков. Получили дальнейшее развитие физические модели подсистем климат-контроля, освещения, защиты и предотвращения технических аварий “интеллектуального дома”. Они реализованы в форме нейроконтроллера, который построен на основе микроконтроллера AVR и программных моделей на базе искусственных нейронных сетей. Это позволяет исследовать адекватность построенных моделей, быстродействие, надежность и функциональность разработанных подсистем. Разработано программно-аппаратные средства автоматизированного проектирования систем “интеллектуального дома”. Эти средства позволяют повысить уровень автоматизации проектирования. In the dissertation the scientific task of increasing the efficiency of “intelligent house’s” computer aided design has been solved. For this purpose, the method, models and means for automation development of “intelligent house” systems have been designed. Created method allows to automate the synthesis of models. Models are constructed due to Petri nets theory. They are used for system-level automated design. The method that was designed is based on information about system structure and graph theory. It allows to automate building of structural models of “intelligent house” subsystems. Models for system-level computer aided design “intelligent house” systems have been developed in the research. These models are based on coloured Petri nets theory. They enable to determine the dynamics of work and check the designed system for presence of deadlocks, vitality and limitation. In the dissertation the intelligent aspect was proposed for entering on all the levels of computer aided design of "intelligent house" systems. Main issues of this aspect on each designing level have been formulated. It allows to increase the efficiency of computer aided design of “intelligent house” systems. Models of such “intelligent house” subsystems as climate control, lighting, security and prevention of technical accidents were improved as well. These models use artificial neural network based on multilayer perceptron. It enables to explore the ambiguous and unstructured data from sensor subsystems. Physical models of “intelligent house” subsystems - climate control, lighting, security and prevention of technical accidents have been further developed. They are implemented in the form of neurocontroller. It is based on AVR microcontroller and program models based on artificial neural network. It allows to explore the adequacy of the constructed models, performance, reliability and functionality of designed subsystems. Firmware of computer aided “intelligent house” systems has been developed. It allows to increase the level of computer aided design.