IДEНТИФIКAЦIЯ OБ’ЄКТIВ КEРУВAННЯ ТA СИНТEЗ КOНТРOЛEРIВ З ВИКOРИСТAННЯМ ШТУЧНИХ НEЙРOННИХ МEРEЖ

Короткий зміст

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано мету і задачі досліджень, відображені наукова новизна і практична цінність одержаних результатів.

У першому розділі проаналізовано причини структурної нелінійності об’єктів керування. Так, одним із визначальних факторів є наявність в колах керування виконавчих механізмів з люфтами та зонами нечутливості, обмеженнями підсилювальних елементів та їх дискримінаційними характеристиками, нелінійностями релейного типу та певними затримками тощо. Ці нелінійності відчутно впливають на поведінку автоматичної системи керування. Зокрема, можуть викликати появу паразитних автоколивань, явищ захоплення та зриву відстежування, неоднозначність стану рівноваги, обумовити залежність перехідного процесу системи від початкових відхилень тощо.

На сьогодні достатньо добре опрацьована лінійна теорія автоматичного керування, безпосереднє використання якої до нелінійних об’єктів неможливе.

За умови незначної нелінійності допускається певна лінеаризація нелінійної характеристики об’єкта, зокрема, кусково-лінійний метод припасовування, метод гармонійного лінеаризування тощо. При цьому в певних окреслених випадках можливе  застосування методу зображення процесу реґулювання на фазовій площині, що дозволяє формулювати обгрунтовані висновки щодо перехідних процесів у системі та її стійкості.

При визначенні умов виникнення автоколивань використовуються частотні критерії стійкості Раусса, Михайлова та амплітудно-фазовий критерій Найквіста, які опрацьовані для лінійних систем.

Останніми роками позитивні оцінки отримало залучення до аналізу процесів у нелінійних об’єктах можливостей теорії нейронних мереж, яка добре надається до цього й до того ж не вимагає в процесі ідентифікації об’єктів і синтезу контролерів використання класичної теорії керування, оскільки процедури побудови об’єктів і реалізації контролерів здійснюються навчанням відповідно вибраних структур нейронних мереж на одержаних при експеримертальних дослідженнях числових послідовностях, які відповідають вхідним та вихідним сигналам об’єкта або його моделі.

Зокрема, результати дослідження двигуна постійного струму при різних способах його збудження показали, що без врахування змінного навантаження, він у першому наближенні описується лінійними диференціальними рівняннями другого порядку, моделювання яких здійснено в пакеті Simulink. Розглянуто особливості побудови математичної моделі двигуна постійного струму з незалежним збудженням при його навантаженні моментом в’язкого тертя і позиційним моментом типу повороту руки робота й показано, що врахування впливу додаткових факторів на роботу двигуна, зокрема, їх дії на момент типу повороту руки робота, описується математичною моделлю у виді нелінійного диференціального рівняння другого порядку. Це суттєво обмежує можливість використання методів лінійної теорії автоматичного керування при синтезі контролерів, функціонування яких повинно забезпечувати задані динамічні і статичні параметри процесу в електроприводі, й відкриває можливості вирішення цієї актуальної задачі з використанням теорії нейронних мереж.

У другому розділі розглянуто способи побудови контролерів для лінеаризованого об’єкта з використанням методу кореневого годографа і методу частотних характеристик.

При використанні методу кореневого годографа синтез контролера здійснюється двоетапно. На першому етапі для заданих динамічних показників системи (перерегулювання і тривалості встановлення) на комплексній площині визначається область допустимого розташування коренів характеристичного рівняння замкненої лінеаризованої системи. Оскільки швидкодія системи визначається полюсами, які розташовані найближче до уявної осі (домінуючі корені), то корені характеристичного рівняння замкненої системи повинні бути лівіше від лінії, що проходить на комплексній площині паралельно до уявної осі через точку, положення якої визначається заданою тривалістю встановлення  (для системи другого порядку , де - безрозмірний коефіцієнт погасання,  - власна частота коливань, – коефіцієнт пропорціональності, зокрема, для ланок другого порядку ). Крім того, кожна ланка виду  вносить перегулювання , тому, встановлюючи обмеження на перерегулювання, необхідно задати ще й додаткове обмеження на розміщення коренів, а саме: корені повинні перебувати лівіше від ліній, що проходять через центр координат під кутами