Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии

Диссертационная работа:

Кудрявцев Владислав Сергеевич. Применение нечетких лингвистических регуляторов для управления сложными динамическими объектами : Дис. ... канд. техн. наук : 05.13.06 : Екатеринбург, 2003 147 c. РГБ ОД, 61:04-5/341-6

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ОГЛАВЛЕНИЕ 2

Введение 4

1. Краткий обзор исследований по нечеткой логике 9

1.1 История создания нечетких методов и текущее состояние исследований 9

1.2 Основные определения и положения нечетких методов И

1.2.1 Нечеткие множества 11

1.2.2 Лингвистические переменные 14

1.2.3 Нечеткая логика 16

1.2.4 Нечеткие лингвистические регуляторы 17

1.3 Краткие выводы по первой главе 21

2. Адаптивный нечеткий лингвистический регулятор для управления реакционной температурой в процессе автоклавного выщелачивания бокситов 23

2.1 Процесс автоклавного выщелачивания бокситов 24

2.2 Исходная система управления реакционной температурой 30

2.3 Постановка задачи исследования 32

2.4 Исследование вариантов улучшения комбинированной системы управления с помощью нечетких методов 33

2.5 Предлагаемая структура системы управления с адаптивным нечетким лингвистическим регулятором 37

2.6 Существующие адаптивные нечеткие лингвистические регуляторы 39

2.7 Предлагаемый адаптивный нечеткий лингвистический регулятор 43

2.8 Исследование полученной системы управления 49

2.8.1 Исследование метода с использованием простейшей модели объекта 49

2.8.2 Исследование метода на модели процесса автоклавного выщелачивания бокситов 55

2.9 Свойства полученной системы управления 61

2.10 Практическое применение предложенного алгоритма управления 63

2.11 Краткие выводы по второй главе 63

3. Нечеткий лингвистический регулятор для управления движением электроподвижного состава монорельсовой дороги 65

3.1 Краткие сведения о системах автоведения 66

3.2 Задача автоведения электроподвижного состава монорельсовой дороги. Постановка задачи научного исследования 69

3.3 Традиционные алгоритмы управления автономных систем автоведения 71

3.3.1 Алгоритмы управления движением электроподвижного состава на перегонах .71

3.3.2 Управление прицельным торможением 75

3.4 Алгоритмы автоведения, основанные на нечетких методах 77

3.5 Предлагаемый алгоритм управления с использованием нечеткого лингвистического регулятора 81

3.5.1 Общие положения предлагаемого метода 82

3.5.2 Структура управляющего алгоритма 83

3.5.3 Описание лингвистических переменных нечеткого регулятора 85

3.5.4 Описание базы правил нечеткого лингвистического регулятора 90

3.5.5 Процедура нечеткого вывода 90

3.6 Исследование предлагаемого нечеткого регулятора 91

3.6.1 Соблюдение ограничений скорости 91

3.6.2 Прицельное торможение 95

3.6.3 Регулирование времени 99

3.7 Результаты вычислительных экспериментов 102

3.7.1 Расчеты с использованием в качестве модели двух последовательно соединенных интеграторов 102

3.6.2 Расчеты с использованием комплексной модели 111

3.8 Оценка вычислительной сложности предлагаемого алгоритма 123

3.9 Практическая реализация 124

3.10 Краткие выводы по третьей главе 124

Заключение 127

Библиографический список 130

ПРИЛОЖЕНИЯ 137

П1. Описание используемого алгоритма предсказания времени в пути 137

П2. Акт внедрения результатов диссертационной работы в системе управления электроподвижного состава Московской монорельсовой дороги 141

ПЗ. Акт внедрения диссертационной работы в учебный процесс 144

П4. Акт внедрения адаптивного нечеткого регулятора в системе регулирования реакционной температуры автоклавного выщелачивания бокситов на Богословском алюминиевом заводе, г. Краснотурьинск 146 

Введение к работе:

Актуальность

В современной теории автоматизации методы построения систем управления, основанные на нечеткой логике, нечетких множествах и лингвистических переменных, получают все большее распространение. Прежде всего, это обусловлено рядом преимуществ, которые предоставляют данные методы (далее нечеткие методы) разработчику систем управления.

Одним из основных преимуществ нечетких методов является то, что они позволяют работать с размытыми или плохо определенными данными, оперируя ими на более высоком уровне общности - уровне макрознания [9]. Данное преимущество является очень важным при работе со сложными системами, для которых учет всех параметров традиционными методами является либо невозможным, либо чрезмерно трудоемким [1 - 3, 5 - 7].

Поскольку теория лингвистической переменной позволяет описывать модели объектов и алгоритмы систем управления в терминах естественного языка, то это делает их прозрачными и легкими для понимания, что облегчает их дальнейшую эксплуатацию и модернизацию. Применение терминов естественного языка позволяет напрямую использовать знания экспертов предметной области или опытных операторов для построения алгоритмов управления и моделей объектов [2, 3].

Нечеткие лингвистические регуляторы являются нелинейными по своей природе, что позволяет эффективно их использовать для управления нелинейными объектами [12, 15, 20, 22 и др.].

Нечеткие методы можно применять совместно с традиционными алгоритмами управления, используя наилучшие черты различных подходов [25 - 29, 35]. Имеется значительный потенциал улучшения многих существующих управляющих систем за счет использования нечетких методов.

Данные преимущества отмечаются многими исследователями и подтверждены как теоретическими исследованиями, так и практическими применениями. Нечеткие методы переживают бурное развитие в Европе, Северной Америке, Китае, Японии, Корее. В нашей стране так же ведутся работы в этом направлении, например, [5-8, 10, 64-71]. Тем не менее, в России нечеткие лингвистические регуляторы широкого распространения пока не получили.

В условиях жесткой международной конкуренции применение нечетких методов должно повысить привлекательность отечественной продукции, снизить издержки при ее производстве.

Таким образом, в настоящее время является актуальной задача по применению существующих, а так же по разработке новых методов управления на основе нечетких лингвистических регуляторов, как для построения новых систем управления, так и для улучшения существующих.

В данной работе применение нечетких лингвистических регуляторов рассматривается на примере построения систем управления двумя сложными динамическими объектами: системы регулирования реакционной температуры в процессе автоклавного выщелачивания бокситов и системы управления движением электроподвижного состава монорельсовой дороги.

Выбор этих объектов обусловлен тем, что, во-первых, данные объекты являются сложными, с размытыми и плохо определенными параметрами, что позволяет использовать основные преимущества, предоставляемые нечеткими лингвистическими регуляторами. Во-вторых, примененные для этих объектов управляющие алгоритмы могут быть использованы для многих других объектов управления. А в третьих, для этих объектов существует возможность немедленного практического применения предлагаемых методов с прямым экономическим эффектом.

Объект исследования - нечеткие методы управления в технических системах.

Предмет исследования - методы применения нечетких лингвистических регуляторов для управления сложными динамическими объектами. Постановка цели исследования:

1. Исследование и разработка методов управления сложными динамическими объектами с помощью нечетких лингвистических регуляторов.

2. Использование разработанных методов для управления реакционной температурой в технологическом процессе автоклавного выщелачивания, а так же для управления движением электроподвижного состава монорельсовой дороги.

Для достижения данных целей были поставлены следующие задачи:

1. Исследование методов управления с использованием нечетких лингвистических регуляторов, ориентируясь на построение системы управления температурой в процессе автоклавного выщелачивания и системы управления движением рельсового транспортного средства.

2. Выбор наиболее подходящих методов или разработка новых для каждой из рассматриваемых систем управления.

3. Построение на базе разработанных методов системы управления температурой в процессе автоклавного выщелачивания и системы управления движением рельсового транспортного средства.

4. Исследование свойств полученных систем управления.

Методы исследований базируются на использовании теории нечеткой логики, нечетких множеств и лингвистических переменных, теории автоматического управления, системного анализа, вычислительного эксперимента, математического моделирования.

Научная новизна работы состоит в разработке новых методов применения нечетких лингвистических регуляторов для управления сложными динамическими объектами. При этом:

1. Разработана структура системы управления, состоящей из комбинированной системы управления и адаптивного нечеткого регулятора, который компенсирует отклонения программной составляющей от реальной характеристики объекта.

2. Разработан и теоретически обоснован адаптивный нечеткий лингвистический регулятор, позволяющий компенсировать отклонения программной составляющей комбинированной системы от реальной характеристики объекта.

3. Создан и апробирован алгоритм управления температурой в процессе автоклавного выщелачивания на основе комбинированной системы управления и адаптивного нечеткого лингвистического регулятора.

4. Предложен новый подход к построению систем автоведения поездов, основанный, с одной стороны, на традиционном программно-вычислительном алгоритме, а с другой, на использовании нечеткого лингвистического регулятора.

5. На основе предложенного подхода разработан алгоритм автоматического управления движением электроподвижного состава монорельсовой дороги. Дано теоретическое обоснование работоспособности алгоритма, проведена его экспериментальная и практическая реализация.

Практическая ценность работы заключается в том, что разработанные методы позволяют повысить качество регулирования, что во многих случаях может приводить к существенному экономическому эффекту.

Метод построения управляющих систем состоящих из комбинированной системы управления и адаптивного нечеткого лингвистического регулятора применим ко многим существующим системам, так как системы управления на основе комбинированной структуры широко распространены. Во многих случаях улучшение существующих алгоритмов можно произвести с минимальными затратами, на действующем программно-аппаратном обеспечении.

Метод построения систем автоведения электроподвижного состава монорельсовой дороги может быть применен для построения систем управления движением других рельсовых транспортных средств: пассажирских поездов, метрополитена и т.д..

Внедрение результатов. На основании результатов данной диссертационной работы реализован и внедрен алгоритм управления электроподвижным составом Московской монорельсовой дороги. Улучшен регулятор температуры во втором автоклаве батареи выщелачивания на Богословском алюминиевом заводе (г. Краснотурьинск).

Апробация результатов. Основные положения диссертационной работы докладывались на Всероссийской научной конференции "Управление и информационные технологии" УИТ 2003, на весенней отчетной научно-практической конференции аспирантов УГТУ (2002), на третьей научно технической конференции молодых специалистов НПО А (2003), на весенней отчетной научно-практической конференции аспирантов УГТУ (2003).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ, в том числе 4 статьи.

Структура диссертации. Первая глава посвящена обзору нечетких методов. В начале главы кратко рассматривается история их создания, обозначаются основные вехи развития и ведущие исследователи. Далее, во избежание неоднозначностей в трактовке основного материала, бегло излагаются базовые понятия нечетких методов.

Во второй главе рассматривается процесс автоклавного выщелачивания бокситов. Показывается его сложность и плохая определенность. Отмечается, что регулирование температуры является важнейшим фактором, влияющим на качество и выход глинозема. Рассматривается управляющий алгоритм на основе комбинированной структуры управления, реализованный ранее. Дается постановка задачи исследования. Исследуются возможные способы улучшения структуры управляющего алгоритма с помощью нечетких лингвистических регуляторов. Описывается предлагаемая структура управления с адаптивным нечетким лингвистическим регулятором, компенсирующим отклонения программной составляющей от реальной характеристики объекта. Рассматриваются различные алгоритмы обучения нечеткого лингвистического регулятора, описанные другими исследователями. Обосновывается выбор структуры нечеткого лингвистического регулятора и алгоритма обучения. Исследуются свойства полученной системы управления. Приводятся данные вычислительных экспериментов и практического применения. Формулируются некоторые выводы.

В третьей главе рассматривается система автоматического управления движением электроподвижного состава монорельсовой дороги. Для этого кратко излагаются общие сведения о системах автоведения поездов, показывается, в чем заключается сложность и неопределенность объекта управления. Ставится задача управления движением электроподвижного состава монорельсовой дороги. Дается постановка задачи научного исследования. Рассматриваются как традиционные методы построения систем управления движением рельсового транспортного средства, так и методы, основанные на нечеткой логике. Обосновывается выбор метода управления на основе традиционного программно-вычислительного алгоритма и нечеткого лингвистического регулятора. Рассматривается его реализация. Исследуются свойства полученной системы управления. Аналитически показывается, что предлагаемый алгоритм управления позволяет решать основные задачи автоведения электроподвижного состава: регулирование времени хода, соблюдение ограничений скорости, прицельное торможение. Исследуется влияние параметров функций принадлежности нечетких переменных на работу алгоритма управления. Приводятся результаты моделирования для различных моделей электроподвижного состава. Формулируются выводы.

В заключении приводятся основные выводы по проделанной работе. Кратко излагаются основные научные и практические результаты.

Автор выражает глубокую благодарность научному консультанту кандидату технических наук, доценту Евгению Эрастовичу Страшинину, научному руководителю заслуженному деятелю науки и техники РФ, доктору технических наук, профессору Владимиру Георгиевичу Лисиенко, а так же сотрудникам лаборатории динамических систем НПО Автоматики и коллективу Уральского филиала ЗАО "РТСофт".

Подобные работы
Смирнова Оксана Вячеславовна
Управление состояниями технических объектов на основе алгоритмов прогнозирования с применением дискриминантного анализа
Митрошин Владимир Николаевич
Математическое моделирование и автоматическое управление объектами с распределенными параметрами в технологических процессах изолирования кабелей связи
Балабанов Александр Анатольевич
Система поддержки принятия решений при автоматизированном оперативно-диспетчерском управлении объектами добычи и транспорта газа
Литвинов Максим Михайлович
Нелинейное управление сельскохозяйственными объектами в переходных режимах
Зуров Евгений Владимирович
Информационная технология принятия решений при управлении сложными объектами с оценкой технического состояния на основе экспертных систем
Липа Оксана Александровна
Адаптивное управление сельскохозяйственными технологическими объектами с асинхронными электроприводами
Блохин Станислав Анатольевич
Управление рисками на объектах газового комплекса
Мартынова Марина Алексеевна
Ситуационный анализ и управление опасными производственными объектами
Шипитько Илья Александрович
Прогнозирующее управление с нейросетевой моделью объекта для манипулятора с нежесткими звеньями
Давыдов Руслан Вячеславович
Адаптивное управление и прогнозирование состояния нестационарных технологических объектов с запаздыванием

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net