Двухуровневая нечеткая система управления динамическими объектами

Аннотация

Рассмотрена двухуровневая нечеткая система управления динамическими объектами, представляющая собой одну из разновидностей адаптивных систем управления. Необходимость адаптации обусловлена изменением параметров объекта управления во времени. Система состоит из двух контуров — исполнительного и супервизорного. В исполнительном контуре осуществляется непосредственное воздействие на объект сигналом с выхода регулятора. Супервизорный контур служит для отслеживания показателей качества системы и периодической подстройки регулятора при выходе этих показателей за допустимые пределы. Предложена реализация как исполнительного, так и супервизорного контура на основе алгоритмов нечеткого логического вывода. Нечеткие логические регуляторы (НЛР) в настоящее время достаточно широко распространены в задачах управления сложными объектами. Тем не менее, их настройка до сих пор носит преимущественно эвристический характер. В статье продемонстрирован подход к настройке НЛР, основанный на комплексных исследованиях его статических и динамических характеристик. Это позволило, во-первых, оценить влияние тех или иных факторов на динамические свойства регулятора; во-вторых, выбрать те настройки, которые могут быть наиболее эффективно использованы при построении супервизорного контура; в-третьих, сделать более целенаправленным поиск управляющих решений, обеспечивающих требуемые показатели качества системы управления. Выбран алгоритм на основе нечетких реляционных моделей, который не является альтернативой известным алгоритмам Мамдани, Ларсена, Цукамото. Он может использоваться совместно с ними и представляет собой модификацию механизма нечеткого логического вывода на этапе активизации правил. При его использовании устанавливается нечеткое соответствие между входными и выходными нечеткими переменными. При этом отпадает необходимость привязки к какой-либо из операций нечеткой импликации и появляется возможность влиять на результат нечеткого вывода, изменяя не только функции принадлежности термов входных и выходных лингвистических переменных, но и элементы нечеткого соответствия. Сформулированы основные факторы, влияющие на динамические свойства НЛР, и выработаны рекомендации по использованию каждого из этих факторов при его настройке. Определены условия, при которых целесообразно осуществлять подстройку нечеткого регулятора под изменяющиеся параметры объекта управления.Составлены функции принадлежности и базы правил алгоритмов нечеткого логического вывода, обеспечивающих качественную работу системы управления объектом с изменяющимися параметрами в достаточно широком диапазоне частот входного сигнала. Приведены результаты моделирования системы, свидетельствующие о том, что введение в систему дополнительного супервизорного контура позволяет поддерживать работоспособность системы и обеспечивать приемлемые показатели качества управления нестационарным динамическим объектом.