Эволюционный метод синтеза непрерывно - дискретных систем управления

• Автор: Егоров, Владимир Анатольевич
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 155 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Список условных обозначений.

Введение

1. Современные методы построения непрерывнодискретных систем управления.

1.1 Постановка задачи синтеза регулятора непрерывнодискретной САУ.

1.2 Императивная форма описания регулятора непрерывнодискретной САУ.

1.3 Методы синтеза функционального решения.

1.4 Методы моделирования непрерывнодискретных систем

2. Синтез системы управления непрерывнодискретной САУ методами эволюционных вычислений

2.1 Введение в эволюционные алгоритмы

2.2 Генетическое программирование

2.3 Свойства эволюционных алгоритмов.
2.4 Реализация алгоритма поиска векторного функционального решения
2.4.1 Оценка распределения полученных решений методами порядковой оптимизации
2.4.2 Параметры алгоритма синтеза векторного функционального решения.
2.4.3 Особь популяции и ее параметры.
2.5 Векторные операторы рекомбинации и мутации.
2.5.1 Пример реализации векторного оператора рекомбинации оператор попарной рекомбинации
2.5.2 Пример реализации векторного оператора мутации оператор мутации с заменой сгенерированным фрагментом
2.6 Распределение вычислений между несколькими компьютерами.
2.6.1 Создание вычислительного кластера.
2.6.2 Параметры элементов вычислительного кластера
2.6.3 Использование ii i x.
2.6.4 Реализация алгоритма распределения вычислений.
2.7 Эволюционный метод синтеза регулятора непрерывнодискретной системы управления
2.7.1 Создание, настройка, и верификация модели непрерывнодискретной САУ.
3. Синтез аритмического алгоритма управления линейным объектом
3.1 Описание задачи синтеза аритмического управления
3.2 Описание модели САУ.
3.3 Расчет значений ЦФ и параметры синтеза управления.
3.4 Анализ полученных результатов.
4. Синтез алгоритма управления нелинейным объектом
4.1 Описание задачи перемещения мобильного робота в неподвижную область пространства в условиях неоднородности внешней среды.
4.2 Результаты решения задачи перемещения мобильного робота в неподвижную область пространства в условиях неоднородности внешней среды.
4.4 Описание задачи перемещения мобильного робота в подвижную область пространства
4.5 Результаты решения задачи перемещения мобильного робота в подвижную область пространства
Результаты исследований
Список используемой литературы


Аритмический алгоритм работы дискретного регулятора системы управления непрерывным объектом управления, отличающийся от известных дополнительным управлением моментами срабатывания регулятора. Алгоритмы работы регулятора непрерывно-дискретной системы управления неголономным интегратором (колесный мобильный робот) для задач перевода объекта в заданное положение в условиях неоднородности внешней среды. В первой главе произведен анализ существующих методов синтеза регуляторов дискретно-непрерывных систем управления. Сформулирована расширенная задача синтеза регулятора дискретно-непрерывной системы управления как задача синтеза векторных функций управления непрерывной частью системы и шагом дискретизации работы регулятора. Предложен метод прямого синтеза кода регулятора дискретно-непрерывной системы управления, базирующийся на эволюционных вычислениях, и позволяющий разрешить обозначенные проблемы. Вторая глава диссертационной работы посвящена вопросам разработки алгоритма и программных средств эволюционного поиска. Рассмотрены основные проблемы, привносимые векторным харектером искомой векторной функции, описывающий императивно заданный регулятор цифровой системы управления. Представлены решения обозначенных проблем, включающие в себя разработку новых векторных операторов эволюции, распределение вычислений, и адаптивную настройку параметров ГП. Третья глава посвящена апробации разработанного метода синтеза непрерывно-дискретных систем управления для задач поиска аритмического алгоритма управления линейным объектом. Этот алгоритм - результат решения задачи поиска позиционного закона управления моментами срабатывания регулятора. Синтез производился для двух вариантов критерия качества. Приведен анализ полученных решений, отражающий, что в обоих случаях синтезированный аритмический регулятор показал значительное превосходство над регулятором с фиксированным шагом квантования при одинаковом количестве срабатываний в единицу времени. Четвертая глава посвящена апробации разработанного метода синтеза непрерывно-дискретных систем управления для двух вариантов задач поиска управления нелинейным объектом управления, описывающего перемещение колесного мобильного робота. Первая - это задача со скользящим концом траектории. Дополнительные условия - ограничения на перемещение в пространстве и информации об окружающей среде. Вторая задача - более сложный вариант задачи на поиск управления мобильным роботом, относящийся к классу игровых задач. Основу составляет взаимодействие двух мобильных роботов, одному из которых отведена роль преследуемого, другому - роль перехватчика. Для полученных результатов обоих задач приведен анализ, отражающий высокую эффективность синтезируемого предложенным методом управления. Первой работой, в которой непрерывно-дискретная система исследовалось в непрерывном времени с учетом поведения между моментами квантования, является статья Р. Калмана (R. Kalman) и Дж. Бертрама (J. E. Bertram) [1], где простым интегрированием уравнений состояния (при постоянном управлении в течение периода квантования) была получена дискретизированная модель объекта с фиксатором нулевого порядка. Последующее развитие теории синтеза управления непрерывно-дискретными системами на этапе ее становления происходило преимущественно вследствие развития операторных методов. Модифицированное z-прсобразоваиие. Данный метод позволяет исследовать дискретные последовательности (решетчатые функции) и представляет собой аналог преобразования Лапласа, используемого в теории непрерывных систем [2; 3]. Дает точное решение для случая PI l(s) = 0, т. При этом непрерывный сигнал выхода системы e(t) полностью определяется значениями на входе импульсного элемента в моменты квантования. Если же PI l(s)^0, метод модифицированного z-преобразования может рассматриваться только как приближенный. Строго говоря, его нельзя использовать для исследования систем, в которых возмущения приложены к непрерывному объекту. Тем не менее, методы, излагаемые в подавляющем большинстве монографий и учебных изданий по цифровым и непрерывно-дискретным системам (например, [4; 5; 6]) основаны на использовании аппарата z-преобразования. Метод д-оператора.