Введение к работе
Актуальность темы. Среди задач управления объектами и физическими процессами во всех областях техники существует множество проблем, связанных с разработкой моделей систем автоматического управления, способных обеспечить качественное управляющее воздействие.
Важнейшей современной задачей при разработке автоматических систем управления является повышение эффективности управления технологическими объектами. При этом, повышению оперативности управления и качества регулирования препятствуют два основных фактора: нестабильность параметров объекта управления в процессе работы и постоянно изменяющиеся требования к качеству регулирования.
Решаемые задачи, как правило, связаны с абсолютизацией какого-либо одного метода решения. В результате применения автономных методов для решения задач управления возникают трудности, связанные с невозможностью оперативного управления объектами с высокой динамикой изменения выходных параметров, сложностью выполнения различных математических операций, что приводит к задержкам при реализации управляющих воздействий.
Необходимость поиска новых решений для максимально эффективного управления технологическими объектами является актуальной задачей в различных предметных областях.
Применение гибридных систем управления, представляющих собой совокупность двух, записанных на математическом или программном языке автономных методов, в частности, классических и нечетких методов управления, разработка способов связи, обмена и обработки информации между их компонентами является современным средством управления. Результатом интеграции двух методов является значительное повышение качества процесса регулирования, существенное снижение трудозатрат на разработку систем управления, т.к. для объектов, параметры которых могут изменяться в процессе работы, нет необходимости в дополнительных математических вычислениях.
Диссертационная работа посвящена разработке и исследованию метода синтеза интеллектуализированных гибридных систем управления на основе интеграции классических средств управления и средств нечёткой логики. Это определяет и подтверждает актуальность диссертационной работы.
Цель диссертационной работы состоит в разработке эффективного метода синтеза интеллектуализированных гибридных
систем управления на основе совместного использования
инструментария классической теории управления и теории нечетких
множеств. , . . ,
Объект исследования. Объектом исследования в диссертационной работе являются методы синтеза гибридных систем управления, созданных на основе автономных моделей-классические модели управления,^ модели с применением аппарата искусственного интеллекта, база--правил которых, полностью формируется в результате моделирования классических моделей.
Основные задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи: '- аналитическое исследование существующих методов разработки гибридных интеллектуальных систем управления;
-разработка метода синтеза интеллектуализированных гибридных систем управления;
разработка гибридного алгоритма формирования базы правил нечеткого регулятора; ::
синтез системы управления на основе классической модели;
выбор необходимых переменных нечеткой модели управления на основе результатов, полученных при моделировании систем управления с классическими регуляторами;
-синтез систем управления на основе нечётких моделей;
- моделирование гибридного управления и исследование качества
процесса регулирования.
Существенные результаты и степень их научной новизны. В рамках диссертационной работы были получены следующие основные результаты, обладающие научной новизной:
"'-метод ^синтеза интеллектуализированных гибридных систем управления, ^отличающийся тем, что системы нечетких правил логического-вывода вырабатываются сопоставлением реакций системы нечёткого регулирования и эталонной системы, что позволяет избежать ошибок; связанных с человеческим фактором;
-гибридный алгоритм формирования базы правил нечеткого регулятора, отличающийся тем, что эта база формируется на основе предложенной системы нечетких правил логического вывода, что позволяет получить более адекватные реакции системы и обеспечить высокое качество управления при изменении параметров объекта;
-нечеткая "модель управления с использованием системы нечеткого вывода на основе алгоритма Мамдани, отличающаяся тем, что первым этапом является не формирование базы правил, а процедура фаззификации, что позволяет, в значительной степени, сократить количество нечетких правил. В частности, при формировании' базы правил нечеткого регулятора системы
управления парогенераторнои установкой количество правил уменьшилось со 100 до 30;
- алгоритм создания нечетких регуляторов, в которых в качестве
эталонных используются системы управления ] с промышленными
регуляторами, что позволяет создавать гибридные системы с нечетким
управлением, обладающие повышенной робастностыо. В частности, с
помощью этого алгоритма построена гибридная система управления
парогенераторнои установкой, позволившая сократить величину
перерегулирования на 30%; уменьшить время регулирования с 20 с до
10 с; уменьшить число колебаний с 10 до ,1,, в первом контуре
регулирования и с 13 до 0 - во втором; уменьшить время достижения
первого максимума с 13 с до 8 с.
Практическая ценность работы. Практическая ценность результатов исследований определятся их применимостью при решении задач автоматического управления, а именно:
- применение метода синтеза интеллектуализированных гибридных
систем управления на основе интеграции ПИ-, ПИД- и нечетких
регуляторов позволяет получить переходные процессы в соответствии
с предъявляемыми требованиями;
-применение гибридного алгоритма формирования базы правил нечеткого регулятора, позволяет значительно уменьшить задержку формирования управляющих воздействий и количество математических операций;
применение нечеткой модели управления с использованием системы нечеткого вывода на основе измененного алгоритма Мамдани позволяет сократить количество правил логического вывода нечеткого регулятора;
применение алгоритма создания нечетких регуляторов, в которых в качестве эталонных используются системы управления с промышленными регуляторами, позволяет улучшить основные показатели качества, такие как величина перерегулирования, время регулирования, число колебаний, время достижения первого максимума.
Методы проведения исследования. В диссертационной работе применены методы синтеза дискретных логических устройств, теория адаптивного управления, теория моделирования, теория автоматического управления и теория нечёткой логики. В экспериментальных исследованиях применялось моделирование на ЭВМ.
Достоверность получаемых в диссертации результатов подтверждается корректным применением классических и нечетких методов управления, программными ' приложениями и соответствующими актами о внедрении.
Реализация и внедрение результатов работы. Результаты
работы внедрены на предприятии ЗАО «Югтеплокомплект» при
разработке автоматизированной системы управления
парогенераторной установки типа УПГ-50/6М, при выполнении научно-
исследовательской работы, а также в учебном процессе на кафедре
систем автоматического управления Таганрогского технологического
института Южного федерального университета.
; Апробация результатов работы. Основные результаты
докладывались и обсуждались на 14-й Международной научно-
технической конференции «Радиоэлектроника, электротехника и
энергетика», Москва: МЭИ, 2008, Vll-й Всероссийской конференции
молодых ученых, аспирантов и студентов «Информационные
технологии, системный анализ и управление», Таганрог: ТТИ ЮФУ,
2009, Международной научной конференции «Методы и алгоритмы
принятия эффективных решений», (МАПР-2009), Таганрог: ТТИ ЮФУ,
2009, Международной научной конференции «Информационное
общество: идеи, технологии, системы», Таганрог: ТТИ ЮФУ, 2009,
Международной научной конференции «Современные
исследовательские и образовательные технологии», Таганрог: ТТИ ЮФУ, 2010, Vlll-й Всероссийской научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Информационные технологии, системный анализ и управление», Таганрог: ТТИ ЮФУ 2010, Vlll-й Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Технологии Microsoft в теории и практике программирования», Таганрог: ТТИ ЮФУ, 2011, Vll-й Ежегодной научной конференции студентов и аспирантов базовых кафедр Южного научного центра РАН; Ростов-на-Дону, 2011, Всероссийской научной конференции «Перспективы развития гуманитарных и технических систем», Таганрог: ТТИ ЮФУ, 2011.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликованы 14 печатных работ, из них 4 статьи из перечня рецензируемых научных журналов и изданий, сделано 9 докладов на Всероссийских и Международных научно-технических конференциях.
Структура и объем работы. Диссертационная работа содержит 184 страницы машинописного текста, включая введение, четыре раздела, заключение, список литературы из 130-ти наименований, 107 рисунков, 22 таблицы, а также 3 приложения на 92-х страницах.
