Повышение точности идентификации и настройки линейных систем с регуляторами состояния при помощи искусственной нейронной сети
А.А. Анисимов, М.Е. Сороковнин, С.В. Тарарыкин
Вестник ИГЭУ, 2023 г. выпуск 6, сс. 57—68
Скачать PDF
Состояние вопроса. Высокие потенциальные возможности систем управления с регуляторами состояния могут быть реализованы только при наличии средств автоматической настройки. Так как настройка проводится в режиме реального времени, предъявляющем повышенные требования к быстродействию, для снижения ее длительности предлагается использовать искусственную нейронную сеть. Однако в условиях воздействия помех в каналах измерения качество идентификации параметров объекта управления существенно снижается. В связи с этим целью исследования является поиск оптимального состава каналов измерения на входе сети, позволяющего минимизировать влияние помех на оценки параметров объекта для улучшения качества настройки.
Материалы и методы. Для построения векторно-матричной модели объекта и синтеза регулятора состояния использованы методы пространства состояний. Для решения задачи идентификации параметров векторно-матричной модели использована радиальная искусственная нейронная сеть. Обучение сетей, исследование эффективности их работы, а также построение моделей осуществлено при помощи средств программного комплекса MatLab.
Результаты. Разработана методика выбора оптимального состава каналов измерения, дающего максимальное отношение сигнал-шум, и формирования соответствующей структуры радиальной искусственной нейронной сети для решения задач идентификации параметров объекта и настройки системы управления с регулятором состояния. Для оценки мощности информационных сигналов на входах нейронной сети предложено использовать функции чувствительности координат состояния объекта управления к изменению его параметров.
Выводы. Результаты проведенных вычислительных экспериментов подтвердили эффективность разработанной методики, позволяющей повысить точность идентификации и настройки систем с регуляторами состояния в условиях действия помех. Полученные результаты могут использоваться для обеспечения заданного качества управления при параметрической неопределенности объекта.
1. Анисимов А.А., Тарарыкин С.В. Структурно-параметрический синтез, оптимизация и настройка систем управления технологическими объектами / ФГБОУ ВО «Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина». – Иваново, 2015. – 296 c.
2. Анисимов А.А., Тарарыкин С.В. Автоматическая настройка полиномиальных регуляторов электромеханических систем с использованием искусственной нейронной сети // МАУ. – 2008. – № 8. – С. 13–18.
3. Тарарыкин С.В. Структурно-параметрический синтез и цифровая реализация регуляторов мехатронных систем / ФГБОУ ВО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина». – Иваново, 2019. – 216 c.
4. Еременко Ю.И., Полещенко Д.А., Глущенко А.И. Анализ методов реализации схемы нейросетевого управления с самонастройкой // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. – 2012. – № 6. – С. 50–55.
5. Шамигулов П.В. Расчет параметров настройки регуляторов систем автоматического регулирования // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. – 2010. – № 3. – С. 22–25.
6. Осовский С. Нейронные сети для обработки информации: пер. с польск. – М.: Финансы и статистика, 2002. – 344 с.
7. Рутковская Д., Пилиньский М., Рутковский Л. Нейронные сети, генетические алгоритмы и нечеткие системы: пер. с польск. И.Д. Рудинского. – М.: Горячая линия-Телеком, 2004. – 452 с.
8. Яхъяева Г.Э. Нечеткие множества и нейронные сети. – М.: Интернет-Университет Информационных Технологий; БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006. – 316 с.
9. Кокотович П.В., Рутман Р.С. Чувствительность систем автоматического управления // Автоматика и телемеханика. – 1965. – № 4. – С. 730–750.
10. Кокотович П.В. Метод точек чувствительности в исследовании и оптимизации линейных систем управления // Автоматика и телемеханика. – 1964. – № 1. – С. 1670–1676.
11. Розенвассер Е.Н., Юсупов Р.М. Чувствительность систем автоматического управления. – Л.: Энергия, 1969. – 208 с.
12. Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление электроприводами. – Л.: Энергоиздат, 1982. – 392 с.