CC BY
0
Секция «Технологические и мехатронные системы is производстве ракетно-космической техники»
УДК 681.515.8
ПРИМЕНЕНИЕ НЕЧЕТКОЙ ЛОГИКИ И ИСКУССТВЕННЫХ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ
В ПИД-РЕГУЛЯТОРАХ
Ю. А. Желтухина, П. Н. Кускашов Научный руководитель - В. А. Будьков
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнёва Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. "Красноярский рабочий", 31
*E-mail: pensionerkaaa@mail.ru
В данной статье рассматриваются методы нечеткой логики и искусственных нейронных сетей в ходе совершенствования систем управления технологическими процессами с помощью ПИД-регуляторов. Сделаны выводы о значимости изменения процессов управления и, следовательно, увеличении производительности ракетно-космической техники.
Ключевые слова: нечеткая логика, искусственные нейронные сети, ПИД-регуляторы, управление.
APPLICATION OF FUZZY LOGIC AND ARTIFICIAL NERUAL NETWORKS
IN PID CONTROLLERS
J. A. Zheltukhina, P. N. Kuskashov Scientific supervisor - V. A. Budkov
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation *E-mail: pensionerkaaa@mail.ru
This article discusses the methods of fuzzy logic and artificial neural networks in the course of improving process control systems using PID controllers. Conclusions are drawn about the importance of changing control processes and, consequently, increasing the performance of rocket and space technology.
Keywords: fuzzy logic, artificial neural networks, PID controllers, control.
В настоящее время интенсивно проводятся исследования в области модернизации систем управления технологическими процессами для повышения качества создаваемого ракетно-космического оборудования и приборов. Данная проблема считается достаточно значимой, так как большинство реальных объектов управления имеют нелинейные характеристики, изменяющиеся в течение их эксплуатации, а управляются они линейными пропорционально-интегрально-дифференциальными (ПИД) регуляторами. На сегодняшний день они являются самими распространенными универсальными автоматическими регуляторами, которые используются, например, в специальных печах, паяльниках, 3Б-принтерах, станках, гироскутерах, квадрокоптерах, самолетах с автопилотом и, конечно же, в ракетах, спутниках и на космических станциях. Их использование в управлении нелинейными и сложными системами часто ведёт к ухудшению качества процесса регулировки, которое характеризуется, прежде всего, высокими значениями перерегулирования, большой длительностью переходного процесса, многократным появлением неточностей, низкой
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2022. Том 1
быстротой реагирования, а также необходимостью постоянного контроля и ручной настройки регулятора [1]. Повышение эффективности управления в настоящий момент является важной задачей в условиях постоянного усложнения технологического оборудования, различных процессов и систем. При конструировании систем управления с помощью сложных объектов основную роль играет необходимость решения технических задач построения адекватных математических моделей и синтеза алгоритмов управления, обеспечивающих решение конкретных целей в условиях неопределенности. Одним из допустимых вариантов решения настоящей проблемы является разработка современных адаптивных систем управления технологическими процессами, которые автоматически подбирают коэффициенты ПИД-регулятора, основываясь на методах нечеткой логики и искусственных нейронных сетей.
Необходимо заметить, что такой раздел как нечеткая логика используется при недостаточном знании об объекте управления, но при наличии опыта управления им в нелинейных системах, идентификация которых занимает слишком большое количество времени, а также в случаях, где необходимо применять специальные знания эксперта. Использование нечеткой логики позволяет оператору сократить степень вмешательства в процесс управления и, соответственно, способствует разработке новых методов управления, которые являются более адаптированными к современным промышленным условиям развития космической техники. Свойства нечеткой логики обрабатывать неполную информацию, моделировать знания человека и давать обоснованные решения предусматривают её регулярное использование для оперативного мониторинга технологических процессов, а также решения поставленных задач, связанных с практической реализацией систем управления технологическими процессами [2]. Регуляторы, в основе которых находится нечеткая логика, в некоторых случаях способны обеспечить более качественные показатели переходных процессов по сравнению с классическими регуляторами. Отличие ПИД-регулятора с контроллером, который основан на нечеткой логике, от других состоит в том, что все коэффициенты усиления в пропорциональной и интегрирующей цепях регулятора не статичны, т.е. зависят от состояния системы в данный момент времени. Этот факт позволяет качественно улучшить процесс управления, учесть параметры сигналов в системе (скорость изменения сигнала и ускорение), а также сделать процесс управления адаптивным и высокотехнологичным [3].
Если говорить о нейронных сетях, то они используются в ПИД-регуляторах так же, как и нечеткая логика, двумя возможными способами: для построения регулятора и для построения блока настройки его коэффициентов. Нейронная сеть, в свою очередь, имеет способность «обучаться», что подразумевает собой использование личного опыта эксперта для настройки коэффициентов ПИД-регулятора. Данная возможность, несомненно, придает нейросетевым системам управления адаптивные свойства. При использовании нейронной сети эксперту не требуется формулировать определенные правила - достаточно, чтобы он несколько раз настроил регулятор в процессе "обучения" нейронной сети. В соответствии с теорией нейронных сетей, обученная нейронная сеть должна вести себя точно так же, как и эксперт, причем даже при тех входных воздействиях, которые не были включены в набор сигналов, использованных им при обучении. Именно длительность процесса обучения является главным препятствием на пути широкого использования методов нейронных сетей в ПИД-регуляторах на производствах.
В результате данного исследования можно выделить основные моменты: создание адаптивного нечеткого ПИД нейрорегулятора и последующая его реализация позволяют реконфигурировать параметры линейного ПИД-регулятора и обеспечивают высокое качество переходного процесса, повышают быстродействие систем и устойчивость к помехам, увеличивают скорость отклика, и тем самым улучшают производительность, что, в
Секция «Технологические и мехатронные системы в производстве ракетно-космической техники»
целом, приводит к оптимизации производства, а также возможности быстро и качественно производить необходимое оборудование для создания ракетной и космической техники.
Библиографические ссылки
1. Нечеткая логика, нейронные сети и генетические алгоритмы [Электронный ресурс]. URL: https://www.bookasutp.ru/chapter5 7.aspx (дата обращения: 10.04.2022).
2. Солонников Ю.Ю. и другие. Применение алгоритмов нечеткой логики на основе ПЛК SIEMENSS7-300 для системы управления электроприводом: Хабаровск, 2017, стр.141-150.
3. Морозова, Е.В. и другие. Система управления асинхронным двигателем на основе искусственного интеллекта: Санкт-Петербург, стр.1-4.
© Желтухина Ю.А., Кускашов П.Н., 2022
