Наконечний Юрій Маркіянович. Синтез нейронних контролерів для керування об'єктами другого порядку

Краткое описание

Наконечний Юрій Маркіянович. Синтез нейронних контролерів для керування об'єктами другого порядку : Дис... канд. техн. наук: 05.13.05 / Національний ун-т "Львівська політехніка". — Л., 2006. — 172арк. : рис. — Бібліогр.: арк. 146-150

Наконечний Ю.М. Синтез нейронних контролерів для керування динамічними об’єктами другого порядку. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.05 Елементи та пристрої обчислювальної техніки та систем керування. Національний університет Львівська політехніка”, Львів, 2006
Проведено аналіз шляхів побудови динамічних нейронних мереж і способів їх використання в системах автоматичного керування. Розглянуто принципи функціонування нейронних мереж і проаналізовано алгоритми їх навчання. Запропоновано шляхи побудови структури динамічної нейронної мережі на основі інформації про вид і порядок диференціального рівняння, розв’язання якого визначає бажані характеристики мережі. Показано спосіб переходу від лінійного диференціального рівняння до структури нейронної мережі, а також розглянуто шляхи побудови нейронної мережі для відтворення функціональних залежностей, що описуються нелінійними диференціальними рівняннями. Розглянуто архітектуру динамічної нейронної мережі, яка використовується для реалізації пропорціонально-інтегрально-диференціального закону керування, а також модифікований варіант такої мережі з розділеними входами. Вказано шляхи визначення стійкості системи автоматичного керування з використанням синтезованого нейронного контролера, проведено порівняльний аналіз системи керування, виконаної на базі нейронного контролера, з системами керування, які реалізовані методом кореневого годографа та за допомогою частотних характеристик. Розглянуто методи навчання нейронних контролерів (з використанням нейронної моделі об’єкта, нейронних моделей оберненого об’єкта та оберненого еталона, а також з використанням нейронної моделі оберненого еталона за наявності збурень) та проведено порівняння результатів їх навчання.

Проведені в дисертаційній роботі дослідження дозволяють зробити такі висновки:
1. На основі аналізу динамічних режимів роботи двигунів постійного струму запропоновано їх лінеаризовані моделі в системі Simulink і встановлено, що при врахуванні дії моменту повороту руки робота, двигун описується нелінійним диференціальним рівнянням другого порядку.
2. На підставі розгляду можливостей використання методів кореневого годографа і частотних характеристик для синтезування контролера системи автоматичного керування лінеаризованим об’єктом показано, що в процесі функціонування систем автоматичного керування, виконаних на базі контролерів, синтезованих вказаними методами, не забезпечується адекватність між бажаними і реальними значеннями регульованих величин.

Оскільки застосування класичних методів лінійної теорії автоматичного керування не забезпечує адекватність динамічних характеристик еталона та системи керування, то доцільне використання динамічних нейронних мереж для ідентифікації лінійних і нелінійних динамічних об’єктів, а також побудова на їх основі контролерів для керування процесами в таких об’єктах.
З метою оптимального синтезування нейронного контролера розглянуто особливості побудови, способи математичного подання і алгоритми навчання нейронних мереж і обґрунтовано доцільність використання градієнтних методів для навчання динамічних нейронних мереж, зокрема, методу оберненого розповсюдження похибки з використанням алгоритму Левенберга Марквардта.

5. На підставі теоретично обґрунтованої процедури визначення архітектури вхідних кіл динамічної нейронної мережі доцільно синтезувати нейронні контролери з використанням даних, які одержані при експериментальних дослідженнях динамічних об’єктів і еталонів або при дослідженні їх математичних моделей.
6. На основі результатів моделювання системи автоматичного керування з лінеаризованою моделлю об’єкта із використанням контролера, що побудований на базі динамічної нейронної мережі з розділеними входами встановлено, що такий синтезований контролер забезпечує ефективне керування процесами в моделях, як лінійних, так і нелінійних об’єктів.