Разработка методов и средств аппаратно-программной реализации нейроконтроллеров на основе программируемых логических интегральных схем для построения интеллектуальных систем управления

Нейросетевые системы управления относятся к классу интеллектуальных систем и являются одним из возможных вариантов построения адаптивных и самонастраиваемых систем управления сложными динамическими объектами, которые могут функционировать в условиях структурной, параметрической и информационной неопределенности. Такие системы способны управлять объектами любой сложности, но имеют проблемы с обучением и адаптацией их в реальном времени. Решение этих проблем возможно за счет использования оптимальных по сложности нейросетевых структур, которые реализуются аппаратными средствами с большим быстродействием, розпаралеленими вычислительными процедурами, заменой процедур обучения нейросетей их настройкой.

На данное время существует широкая гамма аппаратных средств реализации элементов нейросетевых систем управления, в частности это нейросигнальные, цифровые сигнальные и систоличные процессоры, заказанные нейрочипы и ПЛИС. Каждый из них имеет ряд преимуществ и недостатков, которые связывают со стоимостью реализации, наличием средств разработки и программирования, совместимостью с другими элементами системы, энергопотреблению и другому. В этом отношении наиболее перспективными средствами являются ПЛИС, которые в сравнении с другими являются универсальными, относительно простыми и дешевыми вычислителями, позволяют организовывать параллельные вычислительные структуры, имеют большое быстродействие и хорошо разработанные средства программирования.

В работе разработана концепция и методики реализации нейросетевых систем управления на аппаратной платформе ПЛИС, которые реализуют структурные элементы адаптивных систем управления: модели объектов, регуляторы, идентификаторы состояний объекта, фильтры и другие, а так же розпаралеленые вычислительные процедуры налаживания упомянутых нейросетевых элементов и системы в целом путем использования эволюционных технологий оптимизации. Проведено исследование аппаратных затрат ПЛИС для реализации нейросетевых структур разной конфигурации, разработан и изготовлен макет нейроконтролера на основе ПЛИС и техническая документация на него.

Для разработки, моделирования, исследования, наладки и реализации нейросетевых элементов и систем управления, на их основе в работе разработана специализированная программная среда, которая базируется на программных пакетах SystemGenerator for DSP Xilinx, MATLAB и LABVIEW.