Моделирование подтвердило эффективность применения нечеткого адаптивного управления для управления работой водяных насосов. Одновременно получены такие эффекты, как простота проектирования правил управления, небольшое число правил, высокая робастность управления и др. Эти результаты играют важную роль в управлении работой водяных насосов, когда необходимо адаптироваться к резким сменам ситуаций. Дело в том, что при работе насосов существует опасность ошибки в оценке работы, что может повлечь за собой большие бедствия, поэтому предъя]вляются более жесткие требования в отношении понятности операций управления, простоты проектирования и технического обслуживания, а также надежности управления.

Вьппе были рассмотрены вопросы применения нечеткого управления водяными насосами. В общем случае при внедрении нечеткого управления технологическими процессами важно проектировать системы управления, согласованные с характеристиками процесса. Для этого требуется разработка техники проектирования систем управления, которая обладала бы достоинствами нечеткого управления и существующих методов.

3.6. АВТОВОЖДЕНИЕ ПОЕЗДОВ

Нечеткое управление является одной из попыток автоматизировать с помощью микрокомпьютера работу (управление), которая до сих пор выполняется человеком. Управление состоит в алгоритмизации и постоянном выполнении интеллектуальной деятельности, связанной с работой квалифицированного специалиста. В последние годы нечеткое управление, как показано ниже, активно применяется в различных реальных системах.

Авторы предложили метод нечеткого управления с прогнозированием и ведут работы по его применению в реальных системах [18-24]. В соответствии с этим методом в заданной системе осуществляется хорошо сбалансированная оценка многочисленных специфических целей управления; при выдаче в определенные моменты времени управляющих команд с помощью моделирования осуществляется прогнозирование поведения системы и в реальном времени устанавливаются команды управления, так чтобы система оказалась в благоприятном для пользователя состоянии. Ниже рассмотрен

Рис. ..45. Внешний вид поезда метрополитена (в г. Сэндай) с контроллером нечеткого управления.

пример применения этого метода в системе автовождения поездов, реализованной для метрополитена в г. Сэндай (рис. 3.45), который был открыт 7 августа 1987 г.

3.6.1. ВОЖДЕНИЕ ПОЕЗДА И УСЛОВИЯ АВТОМАТИЗАЦИИ

Управление движением поезда заключается в следующем: по сигналу отправления начинается ускорение, скорость поезда регулируется таким образом, чтобы она не превышала предельную, затем в определенном месте на станции производится остановка поезда.

Цели управления (оценочные показатели), которыми руководствуется квалифицированный машинист во время движения, следующие: 1) обеспечение безопасности пассажиров, 2) сохранение комфортабельности, 3) соблюдение предельной скорости, 4) обеспечение точности остановки на станции, 5) сокращение времени движения между станциями, 6) экономия потребляемой электроэнергии и т.п. В соответствии с обстановкой машинист принимает решения, комбинируя цели управления частично или в полном объеме, и обеспечивает благоприятное для человека движение (рис. 3.46).

Систему вождения поездов, в которой функции машиниста выполняется компьютер, называют системой автовождения поездов (CAB). Такие системы находят практическое применение как в Японии, так и в других странах и основы-

Предельная скорость

стаищаы1

(Экономия потребляв Hotts v злектроэнвргии J

С Соблюдение \ \ предельные cxopocmJ

( Обеспечение А (Д.) Ккомтртабельнвсти \ -

Скорость поезда \ Точная \

Кдстднрвка)

Расстояние

Знак остановки

Рис. 3.46. Цели вождения поезда квалифицированным машинистом.

ваются на известных методах управления, в которых по сигналу предельной скорости, путевым указателям (дорожным знакам) и другим данным формируется диаграмма целевой скорости и вычисляются управляющие команды разгона (ускорения) и торможения (замедления), обеспечивающие соответствие скорости поезда диаграмме.

При практическом применении этого метода контроллер, установленный в поезде, время от времени оценивает в процессе движения отклонение реальной скорости поезда от диграммы целевой скорости. Поэтому исходные цели управления поездом, такие, как высокая комфортабельность и высокая точность остановки, следует учитывать косвенным образом за счет тщательно продуманных изменений формы диаграммы скоростей и постоянных управления в соответствии со скоростью, и расстоянием.

3.6.2. ЭМПИРИЧЕСКИЕ ПРАВИЛА ВОЖДЕНИЯ ПОЕЗДА

Рассмотрим особенности вождения поезда квалифицированным машинистом. При вождении поезда человеком нет необходимости регулировать скорость поезда, строго следуя заранее вычисленной диаграмме заданных скоростей, как это делает компьютер. Например, при управлении остановкой

машинист Оценивает обстановку (число пассажиров, эффективность торможения и т. п.) и с учетом комфортабельности и возможности успешной остановки ускоряет или замедляет движение поезда.

Если машинист за 20 30 м до знака остановки готовится остановить поезд, он включает тормоза, думая при этом: «Как раз успею остановиться» или «Если тормоза слегка ослаблю, то остановлюсь точно, не причинив неудобств пассажирам». Другими словами, машинист управляет движением с учетом целей управления, которые можно выразить как «успею остановиться», «точно остановиться», «высокая комфортабельность». Кроме того, чтобы определить, где произойдет остановка в случае нажатия или ослабления тормоза, машинист учитывает в своем решении характфи-стики движения поезда.

Таким образом, эмпирические правила, которыми руководствуется машинист, можно описать следующими выражениями: «если можно удачно остановиться при нажатии тормоза, то тормозить», «если, слегка ослабляя тормоза, можно точно остановиться и сохранить высокую комфортабельность, то слегка ослабить тормоза». Вождение поезда, следовательно, можно рассматривать как задачу принятия решения по выбору оптимальньгх команд управления на основе таких эмпирических правил.

С учетом изложенного выше авторы на основе опыта автоматизации вождения поездов с использованием известных методов управления определили в качестве эмпирических правил описанные ниже последовательности управляющих команд, выполняемых машинистом. При вождении поезда управляющие команды используются дискретно; их называют позициями. Управление поездом можно разделить на два типа: управление движением между станциями, при котором вождение заключается в основном в поддфжа-нии предельной скорости, и управление остановкой в определенном месте, при котором поезд останавливается на знаке остановки. Рассмотрим эмпирические правила для этих двух типов управления.

" Позиции соответствуют положениям рукоятки контроллера при управлении поездом.-/7рмде. перев.

Управление движением между станциями

При отправлении машинист разгоняется на максимальной позиции. Если скорость достигает предельного значения, то он поддерживает ее несколько ниже предельной. Если впереди встречается участок пути с ограничением по скорости, он использует тормоз, чтобы снизить скорость в начале этого участка. Кроме того, при запасе времени движения до следующей станции с целью экономии электроэнергии движение осуществляется по инерции (свободный ход без выхода на позиции управления).

Выбор позиций управления осуществляется путем параллельного применения время от времени следующих эмпирических правил.

(С-1). Если превышается предельная скорость, выбрать середину между текущсЦ позицией и экстренным торможением. Благодаря этому в случае превышения скорости смягчается удар при экстренном торможении, которое вьшолняет система автоматического управления (САУ), и сохраняется безопасность и комфортабельность.

(С-2). Если при движении по инерции поезд проследует пункт с соблюдением графика движения, не следует выходить ни на позицию разгона, ни на позицию торможения. Благодаря этому возможна экономия электроэнергии.

(С-3). Если скорость становится гораздо ниже предельной даже при позиции максимального ускорения, оставить эту позицию. Это позволит сократить время движения.

(С-4). Если имеется возможность поддерживать требуемую скорость несколько ниже предельной, оставаясь на текущей позиции, сохранить текущую позицию. Это позволит избежать лишних переключений позиций и обеспечит комфортабельность.

(С-5). Если отсутствует возможность соблюдать требуемую скорость, оставаясь на текущей позиции, выбрать пози-1Ц1Ю среди ±п позиций, обеспечивающих возможность точной установки скорости на требуемом значении. В этом случае для сохранения комфортабельности учитываются величина предыдущего изменения позиции и время, прошедшее с момента этого изменения. Наряду с комфортабельностью при изменении позиции сохраняется скорость движения.

Управление остановкой в заданном месте

Если поезд проходит указатель, установленный перед станцией (показывает место, где следует начинать управление остановкой в соответствии со скоростью прибытия и особенностями станции; в дальнейшем это место будет называть пунктом В), то начинается торможение. Далее движение осуществляется с учетом комфортабельности пассажиров и точности остановки: осуществляется выбор позиций управления при применении время от времени следующих эмпирических правил.

(Т-1). Перед пунктом В не применять торможения с целью остановки в заданном месте. Благодаря этому можно избежать замедления перед станцией более, чем это необходимо, и сократить время движения.

(Т-2). При прохождении пункта В слегка притормозить с целью остановки в заданном месте. Это улучшает комфортабельность в начале управления остановкой.

(Т-3). Если при прохождении пункта В есть возможность удачно остановиться, оставаясь на текущей позиции торможения, сохранить текущую позицию. Это позволит избежать лишних изменений позиций и повысит комфортабельность.

(Т-4). Если при прохождении пункта В нельзя точно остановиться, не меняя текущей позиции торможения, следует выбрать позицию среди ±п позиций, обеспечивающих точную остановку. В этом случае для сохранения комфортабельности учитываются величина предыдущего изменения позиции и время, прошедшее с момента этого изменения. Наряду с комфортабельностью при изменении позиции обеспечивается хорошая точность остановки.

3.6.3. МЕТОД НЕЧЕТКОГО УПРАВЛЕНИЯ С ПРОГНОЗИРОВАНИЕМ

Данный метод предусматривает применение компьютера, в котором органически объединены три средства (рис. 3.47):

1) нечеткая логика для нечеткой оценки многочисленных целей управления, свойственных данной системе;

2) искусственный интеллект, формализующий эмпирические правила типа «при условии... осуществляется...» в виде правил «если... то»;

3) моделирование в реальном времени, обеспечивающее предсказание результата управления.

10-6830