Исследование и разработка человеко-машинных систем управления автомобилем с использованием аппарата нечеткой логики

• Автор: Андреев, Сергей Викторович
• Шифр специальности: 05.11.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 134 с. : ил.

Глава 1 Человеко-машинные системы управления движением автомобиля

1.1 Аналитический обзор литературы. Обзор проблематики

1.1.2 Выводы аналитического обзора

1.2 Методы решения задач нечеткого управления в человеко-машинных системах

1.3 Профессиональное психологическое тестирование

1.3.1 Технические и методологические принципы психолопгческого тестирования

1.3.2 Объектно-ориентированное тестирование

1.4 Постановка задачи исследования

1.4.1 Цели исследования

1.4.2 Среда исследования

1.4.3 Система управления

1.4.4. Объект управления
1.4.5. Имитационное моделирование
Глава 2. Исследование нечетких систем в задачах управления и принятия решения
2.1 Формализация задачи и параметров управления
2.2 Нечеткие модели САУД
2.3 Нечеткий регулятор, как средство реализации нечеткого управления
2.4 Выводы по главе
Глава 3. Исследование влияния характера поведения водителя
на принятие решения в системах управления автомобилем
3.1 Водитель в системе управления
3.2 Выбор и обоснование критериев оценки характерных особенностей водителя
3.3 Проверка надежности разработанных тестов
3.4 Получение зависимости принятия решения водителей от их психофизических характеристик
3.5 Исследование влияния зависимости принятия решения водителем от времени размышления
3.6. Выводы по главе
Глава 4. Оптимизационные правила работы водителя в решении задач
тактического уровня системы управления автомобилем
4.1 Информационно-измерительная система
4.2 Формализация задачи системы управления тактического уровня
4.3 Алгоритм поиска оптимального пути на карте местности
4.4 Правила выбора оптимального пути из альтернативных вариантов
4.5 Выводы по главе
Глава 5. Система управления стратегического уровня
5.1 Общая постановка задач функционирования С стратегического уровня
5.2 Формализация задачи системы управления стратегического уровня
5.3 Формирование основных стратегических условий
5.4 Стратегия поиска клиентов
5.5. Выбор скорости передвижения по маршруту
5.6. Результаты моделирования
5.7 Выводы по главе
6. Заключение
Список литературы

Актуальность вопроса оптимизации процессов управления автомобилем не подлежит сомнению и, подтверждается многочисленными исследованиями в этой области. Как правило, задачей подобных научных изысканий является разработка автоматических и автоматизированных систем управления автомобилем. При этом система автоматического управления движением (САУД) автомобиля должна обеспечивать определенную траекторию и интенсивность движения с заданной точностью и устойчивостью. Очевидно, что создание оптимальной САУД возможно лишь при учете свойств управляемого объекта и условий движения. При выборе параметров элементов системы управления и корректирующих звеньев необходимо учитывать динамические характеристики автомобиля, изменяющиеся в зависимости от скорости движения, состояния дорожного покрытия, рельефа местности и т. д. Адаптация САУД к режиму и условиям движения обеспечивается путем воздействия на органы управления с помощью определенных сил, нормируемых устройством управления. А учет динамических характеристик автомобиля позволяет вырабатывать управляющие воздействия, обеспечивающие оптимальное управление с учетом ограничений, накладываемых условиями движения.
Однако надо заметить что, достигнуть высокого уровня автоматизированного управления, можно лишь в том случае, когда полно и адекватно учитываются все свойства и характеристики человеко-машинных систем. В частности, время влияние характера лица принимающего решения в человеко-машинных системах просто не учитывают. Что, безусловно, снижает адекватность модели САУД и, соответственно, качество управления.
Таким образом, актуально, прежде всего, изучение взаимодействия человека-оператора с системой управления автомобилем, и синтез оптимальных САУД с учетом полного набора условий функционирования и большого числа внешних воздействий, имеющих как априорно известный, так и заранее неизвестный вид, носящий вероятностный характер. В тех случаях, когда невозможно описать внешние воздействия с требуемой точностью, целесообразно воспользоваться принципами нечеткой логики и, соответственно, логико-лингвистическими уравнениями.
Целью диссертационной работы являлась разработка методов и средств оптимального выбора стратегии и тактики управления автомобилем в условиях

неопределенности среды и с учетом влияния характера водителя. Задачу необходимо было решить с использованием правил нечеткой логики, позволяющей эффективно оценить реакцию водителя на внешние возмущения и характер выбора им соответствующих стратегий и тактик в зависимости от текущих условий и выбранных параметров.
При этом решались следующие задачи:
- формализация неопределенностей среды функционирования;
- формализация психофизических особенностей поведения водителя;
- разработка специальных методик тестирования, позволяющих выявлять необходимые параметры и характерные особенности водителя;
- разработка алгоритмов, обеспечивающих решение оптимизационных задач тактического уровня;
- разработка управления в зависимости от выбранной стратегии и характерных свойств лица принимающего решения;
- исследование и учет влияния поведения водителя на функционирование системы управления движением автомобиля;
- разработка программных средств реализации правил управлении АТС с отображением динамического процесса в режиме реального времени на экране и с возможностью контроля и управления его параметрами и характеристиками.
Методы исследования. В процессе выполнения работы применялись методы теории вероятности, теории оптимальных систем, теории нечеткой логики, теории психологического тестирования, математической обработки психологической информации, компьютерное моделирование.
Научная новизна работы состоит в следующем:
- разработаны методы и средства оптимального выбора стратегии и тактики управления автомобилем, в которых впервые учтено поведение водителей;
- разработана и исследована методика тестирования водителей и система его формализации, позволяющие оценить характерные особенности поведения водителя в процессе принятия тех, или иных решений;
- разработана методика формализации условий и неопределенностей среды функционирования с целью формирования информационно-измерительной базы данных для человеко-машинной системы управления автомобилем;

нелинейными объектами. Это приводит к сложной формальной процедуре их расчета.
Наоборот, системы, основанные на знаниях, позволяют достаточно просто с помощью правил отразить сложный процесс регулирования, так как каждое правило имеет очень ограниченную зону действия, где оно активно. С другой стороны, число параметров, которые должны настраиваться, резко возрастает. Для них должны быть определены функции принадлежности и множество правил. Кроме того, необходимо выбрать операторы обработки информации и стратегию вывода. То есть разработчик должен специфицировать множество параметров, но сделать он это может прямо, на основании интуиции, настраивая параметры по одному, поочередно.
Как уже отмечалось, нечеткие регуляторы позволяют проводить своеобразную интерполяцию при определении управлений. Но нечеткие системы очень трудно оптимизировать: все пересекающиеся правила нужно учитывать, чтобы найти возможность продвижения к цели (оптимальному управлению) [35]. Помимо этого на оптимальность работы нечеткой регулятора влияют еще и способы выполнения операций (фаззи- и дефаззификации и вывода) и, особенно, число входных переменных, т.к. его увеличение резко усложняет проблему.
2.7. Выводы по главе 2:
Во второй главе приводится формализация задачи управления и описание структуры оптимизатора, основанного на нечеткой логике:
1) Т.к. такие параметры окружающей среды, как места появления клиентов, время их ожидания и статус, климатические условия, пробки на дорогах, а также функционирование конкурирующих водителей такси - априорно неопределенны, а значит, не поддаются четкому описанию, то нельзя с уверенностью сказать, какая стратегия управления приведет к наилучшему результату. Поэтому решаемая задача управления относится к задачам оптимального управления в условиях неопределенности, когда исход является лингвистической переменной, задаваемой кортежем.
2) В исследуемой системе управления можно использовать следующие модели:
• Логико-вероятностные модели с изменяющимися во времени вероятностями событий (стратегические предпочтения водителя, характер размышления водителя).