Наука и жизнь, 2000 № 02 - [9]
Надо заметить почти без иронии, что ошибки не только свойственны проявлениям высшей нервной деятельности, но и необходимы ей для поиска и получения новых знаний. Вспомним, что на населенном учеными летающем острове «Лапута» в романе Свифта о Гулливере практиковалось случайное смешение слов, порождавшее иногда фразы, похожие на осмысленные. Эти фразы тут же записывались в анналы научных трудов лапутянцев. Генерация случайных последовательностей чисел, символов, слов, звуков, графических элементов и других объектов очень часто используется в современных системах искусственного интеллекта для самых разных целей. Существует даже мнение, опубликованное в научной работе Р. С. Нахмансона, что наличие случайности в поведении какой-либо системы (даже элементарной частицы) есть признак ее интеллектуальности.
Итак, в первой части статьи был описан подход к построению модели нервной системы, вытекающий из исходных представлений о дискретности, автономности, аппаратной приспособленности и минимуме исходных знаний управляющей системы. Конечно, построить подобную систему «автономного адаптивного управления» (ААУ) в полном объеме — задача непростая, поскольку каждая из входящих в нее подсистем должна решать весьма сложную задачу, составляющую в наше время предмет отдельных научных направлений. Напомним, что речь идет о таких задачах, как автоматическая классификация и распознавание, поиск и представление знаний, моделирование эмоций, принятие решений, и некоторых других. Однако даже самые простые по реализации варианты подсистем, решающих такие задачи, объединенные в единое целое — управляющую систему ААУ, дают новый эффект. Коротко опишем некоторые примеры управляющих систем, построенных по принципу ААУ.
Желая найти практическое применение разработанному нами методу «автономного адаптивного управления», мы обратились в НПО им. С. А. Лавочкина, где разрабатываются системы управления для некоторых автоматических космических аппаратов. Специалисты НПО поставили нам задачу: построить систему управления угловым движением (поворотом и стабилизацией в пространстве) автоматического космического аппарата на основе нашего метода. Дело в том, что существующие системы управления дают ограниченную точность ориентации (±0,1 угловой секунды), которой недостаточно для некоторых космических аппаратов. В этих системах управление строится на основе математической модели углового движения космического аппарата. Параметры модели, учитывающие такие факторы, как невесомость, вакуум, резкие перепады температуры, измеряются на наземных испытательных стендах. Естественно, что такие измерения не могут быть точными, поскольку полностью воспроизвести уникальные условия реального космоса невозможно. Кроме того, детерминированная математическая модель не позволяет учесть возможность случайных изменений свойств космического аппарата в ходе полета. Необходима адаптивная схема управления, когда управляющая система автоматически подстраивается к текущим свойствам объекта управления.
Корпус космического аппарата можно представить как твердое тело с набором упругих нелинейных осцилляторов — антенн, солнечных батарей, навесного оборудования и т. п.
Корпусу аппарата надо придать требуемое угловое положение в пространстве и поддерживать его в этом положении заданное время. На космический аппарат действуют возмущения от солнечного ветра, магнитного поля, утечек газа. Возникающие отклонения можно устранить, раскручивая один из приводов — маховиков, что приведет к повороту аппарата в обратную сторону. Но трудно рассчитать заранее, каким будет движение аппарата в ответ на движение маховика. Помочь может адаптивная система управления Pilot.
Входной информацией для разрабатываемой управляющей системы служили показания датчиков, измеряющих угол между действительным и заданным положениями космического аппарата, а также скорость его углового движения. Управляющей системе ставилась цель: поддерживать угол и угловую скорость по возможности ближе к нулевым значениям. Выходные (управляющие) воздействия управляющей системы представляли собой команды приводам развить те или иные крутящие моменты, поворачивающие космический аппарат в соответствующем направлении с соответствующей скоростью. Управляющая система должна была адаптироваться к характерным реакциям космического аппарата на управляющие моменты. Именно эти реакции и трудно рассчитать заранее с надлежащей точностью, так как космический аппарат несет на себе упругие нелинейные осцилляторы, которые в условиях космоса ведут себя не совсем так, как в наземных испытаниях.
Построенный нами прототип системы управления Pilot показал, что она действительно успешно адаптируется к свойствам космического аппарата и способна повысить качество управления его угловым движением в несколько раз. Чтобы достичь аналогичного результата традиционными методами, потребовались бы значительно большие затраты времени и сил.
Система Pilot демонстрирует интересные свойства, основное из которых — адаптивность, то есть способность управляющей системы приспосабливаться к свойствам объекта управления и окружающей среды. Этим свойством обладают многие блоки управляющей системы Pilot. В процессе обучения управляющая система совершает по определенному плану пробные управляющие воздействия на объект управления и выясняет его реакции на эти воздействия. Вся информация о происходящем отображается в управляющей системе в виде «образов» — образов углового положения, образов управляющих воздействий, образов эмоциональных оценок состояний. Последние вырабатываются «эмоциональным аппаратом» управляющей системы, подсказывающим, насколько «хорошо» или «плохо» то или иное текущее угловое положение космического аппарата. Если эту эмоциональную оценку выражать не числом, а некоторой мимикой «лица» управляющей системы, то будет весьма любопытно наблюдать за ее «гримасами».
