Введение к работе
Актуальность. Повышение качества функционирования сложных технических систем в современных условиях реализуется, как правило, через автоматизацию их управления. К таким системам можно отнести системы подвешивания транспортных средств, один из основных аспектов качества функционирования которых - это плавность хода. При проектировании систем подвешивания транспортных средств к ним, как правило, предъявляется ряд технических и эксплуатационных требований и ряд ограничений по безопасности, в результате выполнения которых стремятся получить оптимальную конструкцию подвешивания, которая, все-таки, не удовлетворяет современным требованиям качества. Из этого следует, что только переход на качественно иной уровень в конструкции подвешивания дает возможность улучшить плавность хода транспортного средства.
Разработка активных колебательных систем и средств управления ими сопряжена со значительными трудностями, к которым можно отнести:
сложность математических моделей большинства систем подвешивания транспортных средств;
наличие значительных неопределенностей в характере воздействий внешней среды на колебательную систему; высокие требования к скорости и качеству работы контроллера активной колебательной системы.
Системы автоматического управления, построенные по традиционным методам, требуют достаточно точной математической модели системы, что влечет за собой повышение требований к контроллеру, а при наличии неопределенностей создание адекватной математической модели либо вообще невозможно, либо сопряжено с высокой трудоемкостью. Использование же в математических моделях различного рода допущений приводит либо к снижению качества управления, либо к неоправданности применения автоматического управления вообще.
В связи с этим, данная работа, направленная на разработку модели контроллера активной колебательной системы, является актуальной, так как будет являться в дальнейшем основой для построения активных систем подвешивания транспортных средств.
Целью диссертационной работы является разработка, исследование и программная реализация модели контроллера активной колебательной системы, функционирующей при неопределенном характере возмущающего воздействия, как основы для управления плавностью хода транспортных средств.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Разработать принцип управления активной колебательной системой при отсутствии точной математической модели объекта, функционирующий при неопределенном характере возмущающего воздействия.
Построить модель контроллера активной колебательной системы с использованием принципов нечеткого управления.
Разработать базу правил нечеткого контроллера и выбрать оптимальную форму функций принадлежности для реш еМ&ЭМвПЮНАДЬНЛ]! I
КИМИОТЕКА I С,»1м*мг Л*.'*
т.
Разработать алгоритм настройки параметров контроллера активной колебательной системы, основанный на использовании принципов искусственных нейронных сетей и генетических алгоритмов.
Разработать программный модуль, интегрируемый в систему МАТ-LAB\Simulink, реализующий настройку параметров нейронечеткого контроллера активной колебательной системы.
Методология и методы исследования. При выполнении исследований и решении поставленных задач использовались основные научные положения теории автоматического управления; математический аппарат и методы теории нечетких множеств и лингвистических переменных; математический аппарат и методы теории искусственных нейронных сетей, а также методы генетической оптимизации. При разработке программного модуля использовалась объектно-ориентированная технология проектирования.
Научная новизнаработы состоит в методологии использования принципов нечеткой логики, искусственных нейронных сетей и генетических алгоритмов для моделирования активных колебательных систем, а именно:
Разработана модель контроллера активной колебательной системы с использованием принципов нечеткой логики, на примере системы подвешивания транспортного средства.
Предложена методика использования принципов искусственных нейронных сетей и генетических алгоритмов для настройки параметров нечеткого контроллера.
Предложено использование специализированной структуры искусственной нейронной сети для реализации алгоритма нечеткого логического вывода типа Мамдани и вариант адаптации генетического алгоритма для настройки сети в системах управления.
Предложена оптимальная для подобных задач форма функций принадлежности термов лингвистических переменных нечеткого контроллера.
Практическую ценность работы составляют:
Реализованная на базе ЭВМ и программного комплекса MATLAB/Simulink модель активной колебательной системы, иллюстрирующая значительное снижение колебаний объекта управления.
Библиотека классов, реализующих нейросетевое представление нечеткого контроллера и алгоритмы его настройки.
Созданный программный модуль, интегрируемый в систему MATLAB, использующий принципы искусственных нейронных сетей и генетических алгоритмов, который позволяет проводить настройку параметров нечетких контроллеров.
Апробация работы. Основные научные и практические результаты работы докладывались и обсуждались на III Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы информатики в образовании, управлении, экономике и технике» в 2003 г. в г. Пенза, на международной научно-технической конференции «Современные информационные технологии в науке, производстве и образовании» в 2004 г.в г.Пенза на межрегиональной научно-технической конференции студентов и аспирантов "Информационные технологии, энергетика и экономика"
в 2004 г. в г. Смоленск, на международной конференции «Системные проблемы качества, математического моделирования и информационных технологий» в 2004 в г. Анталия (Турция), на международной конференции «Информационные технологии в образовании, технике и медицине» в 2004 г. в г. Волгоград.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ в виде научных статей и тезисов докладов.
Структура и объемработы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 72 наименований и 4 приложений. Основная часть работы содержит 136 страниц машинописного текста, 56 рисунков и 15 таблиц.
