Введение к работе
Актуальность исследования
Решению проблемы принятия решений в условиях неполной
информации в общей теории систем посвящены многие работы известных
отечественных исследователей, таких как Б.Н. Петров, Н.Н. Моисеев,
Ю.Г. Евтушенко, Ю.А. Флеров, СВ. Емельянов, А.Н. Мелихов,
Е.Н. Черемисина, СВ. Ульянов, Р.А. Алиев, А.В. Язенин, А.П. Рыжов, А.Н. Аверкин и др, а также зарубежных исследователей, таких как L. Zadeh, Т. Saati, Е. Mamdani, М. Jamshidi, и др.
Одной из центральных проблем в теории управления является разработка интеллектуальных робастных систем управления, функционирующих в условиях непредвиденных (нештатных) ситуаций, которые отражаются на процессах извлечения, обработки, представления и формирования объективных знаний. Одновременно эта проблема относится к самой сложной из проблем искусственного интеллекта.
Многообразие подходов в разработке интеллектуальных систем управления и их проблемная ориентация привели к многочисленным дискуссиям и разнообразию прикладного инструментария. При этом выбор эффективного инструментария исследования для конкретной проблемно-ориентированной области вызывает определенные трудности среди инженеров и разработчиков.
Актуальной проблемой в разработке интеллектуальных систем управления является создание технологии проектирования баз знаний для программируемых регуляторов, типа широко применяемых нечетких пропорционально-интегрально-дифференциальных (ПИД) регуляторов.
В данной диссертации разработан метод проектирования баз знаний для робастных интеллектуальных систем управления. Главное внимание сконцентрировано на описании этапов проектирования и применении оптимизационных алгоритмов. В качестве примера применения разработанного метода и программного инструментария приведены
результаты проектирования баз знаний и моделирования интеллектуальных систем управления сложными, существенно-нелинейными объектами управления: нелинейный осциллятор с существенной диссипацией и локальной динамической неустойчивостью; перевёрнутый маятник, установленный на каретке перемещения и обладающий глобальной динамической неустойчивостью.
Цель исследования
Целью исследования является разработка метода проектирования баз знаний регуляторов для интеллектуальных систем управления неустойчивыми существенно нелинейными динамическими системами на основе мягких вычислений и программного инструментария для проектирования ПИД регуляторов.
Задачи исследования
Структурный анализ современных подходов к проектированию систем управления, в том числе на основе мягких вычислений.
Разработка метода проектирования баз знаний для робастных систем управления, способных функционировать в непредвиденных ситуациях за счёт введения правил, формирующих параметры регулятора.
Разработка программного обеспечения для проектирования систем управления нелинейными динамическими системами.
Апробация метода и программного обеспечения проектирования систем управления нелинейными динамическими системами.
Практическое применение разработанного инструментария в проблемно-ориентированных областях, таких как интеллектуальное управление на железнодорожном транспорте.
Теоретическая и методологическая основа исследования.
К основным направлениям данной работы относятся:
- исследование динамического поведения нечетких систем,
- проектирование баз знаний робастных интеллектуальных систем
управления в условиях непредвиденных ситуаций,
- программно-аппаратные средства поддержки мягких вычислений.
В рамках выделенных направлений были использованы принципы и методы системного анализа (принцип оптимальности, принцип иерархии, принцип интеграции, принцип минимальной сложности, методы морфологического анализа, сценариев, экспертных оценок), теории нечетких множеств и нечетких нейронных сетей, оптимизации на основе генетических алгоритмов.
С целью актуализации исследований выполнен анализ научно-методической литературы, научных статей и монографий. Базой для исследования послужили результаты работ, проведенных в области теории управления многими исследователями. Среди них работы L Zadeh, Т. Fukuda, Б.Н. Петрова, Р.А. Алиева, А.И. Галушкина, СВ. Ульянова и др.
Объектом исследования являются робастные системы управления на основе мягких вычислений, являющиеся новым инструментом управления нелинейными динамическими объектами в условиях неопределенности информации.
Предметом исследования диссертационной работы является технология проектирования интеллектуальных систем управления нелинейными динамическими объектами.
Научная новизна
1. Поставлена задача интеллектуализации пропорционально-интегрально-дифференциальных (ПИД) регуляторов, для повышения надёжности системы управления в нештатных ситуациях.
-
Предложен новый метод проектирования ПИД регуляторов, включающий этапы проектирования баз знаний регулятора на основе мягких вычислений.
-
Разработан алгоритм оптимизации объективных параметров функций принадлежности (ФП) лингвистических переменных.
Практическая значимость работы определяется следующими результатами:
-
Предложенный в диссертации метод и разработанный программный продукт может использоваться при проектировании нечетких систем управления существенно нелинейными объектами управления в условиях непредвиденных ситуаций.
-
Апробация программного инструментария показала эффективность его использования при проектировании робастных систем управления различного уровня сложности и при обучении специалистов в области разработки систем автоматического управления.
Защищаемые положения диссертационной работы следуют из научной новизны и практической значимости и состоят в следующем:
-
Повышение надёжности системы управления в нештатных ситуациях возможно за счет решения задачи интеллектуализации ПИД регуляторов на основе современных технологий мягких вычислений.
-
Разработанный в диссертации метод проектирования баз знаний нечетких ПИД регуляторов, обеспечивает основу для создания новой технологии разработки интеллектуальных ПИД-регуляторов.
-
Технология проектирования нечётких регуляторов на основе моделирования и мягких вычислений устраняет субъективность при формировании баз знаний.
Апробация работы
Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научных конференциях:
Технологии искусственного интеллекта-2009 (AITech-2009), Дубна;
Международная научная конференция-форум «Информационные системы и технологии" (IST'2009), Минск;
XII научно-практическая конференция «Системы управления знаниями. Реинжиниринг бизнес-процессов на основе современных информационных технологий» (СУЗ-РБП -2009), апрель 2009 г;
Международная научно-практическая конференция «ТрансЖАТ-2008», г. Сочи.
Практическое внедрение работы осуществлялось при проектировании комплексной многоуровневой системы управления движением на железнодорожном транспорте.
Публикации и личный вклад.
Диссертация основана на теоретических, методических и экспериментальных исследованиях, выполненных автором в 2006 - 2010 гг.
Основные методические и технологические результаты получены непосредственно автором. По результатам выполненных исследований опубликовано 7 печатных работ, в том числе 1 статья в журнале из перечня ВАК Министерства образования и науки РФ. По результатам исследований получены свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ.
Автором обоснованы основные методические решения, обеспечивающие применение технологии проектирования систем управления существенно нелинейными объектами управления.
Непосредственно автором разработано математическое и
алгоритмическое обеспечение для поддержки проектирования робастных баз
знаний на основе оптимизатора баз знаний с использованием генетического
алгоритма.
Структура и объем работы
![Рациональное управление системой психологической помощи на основе медицинского мониторинга и организации психопрофилактического процесса [Электронный ресурс]](/i/i/4409/168295.png "Рациональное управление системой психологической помощи на основе медицинского мониторинга и организации психопрофилактического процесса [Электронный ресурс] Склярова Татьяна Петровна")
