Нечеткое управление с прогнозированием

Рис. 3.47. Место метода нечеткого управления с прогнозированием среди других методов.

Структура метода управления показана на рис. 3.48. Метод состоит в следующем: на основе наблюдаемых значений состояния системы моделируется результат управления для всех предполагаемых команд управления, прогнозируются оцениваемые величины, которые представляют наибольщий интерес как цель управления; на основе этого прогноза с помощью нечеткой функции осуществляется многоцелевая оценка; с помощью нечеткого вывода ведется обработка полученных значений оценки и знаний об управлении; наконец, определяется оптимальная команда управления. Ниже в сокращенном виде дано описание этого метода [18].

Формализация правил управления

В общем виде правила управления при нечетком управлении с прогнозированием можно представить следующим

чпнэжпшзод л чнзиашз

I &

образом:

Если (и есть С,- х есть 4, и у есть 5;), то и есть Cj (г = 1, ... , и).

(3.29)

Существенное отличие от нечеткого управления, используемого ранее Мамдани [3], при котором оцениваются только состояния объектной системы, заключается в том, что значения хи у являются показателями оценки, прогнозирующими достижение целей управления, для случая, когда в текущий момент времени выдается команда управления С,. Естественно, что возможны случаи, когда показатели оценки не зависят от этой команды. Тогда, если зависимость отсутствует для всех показателей, оцениваются только текущие показатели, и управление будет совпадать с нечетким управлением, при котором Оцениваются только состояния.

Формулу (3.29) можно записать следующим образом: «если в данный момент времени команда управления и есть С, и при этом показатели оценки х, j-соответственно Л,, В,, то применяется правило управления Л;, а в качестве команды управления выдается С,».

Пусть предпосылка (часть «если...») правила управления Л;. Если Hp.(Cj: X, у) есть функция принадлежности, то нечеткое множество Р, можно представить следующим образом:

Л = f Hp, (Q: X,у)/(х,у) =АхВ,:и=С. (3.30)

Это прямое произведение функций принадлежностей р , рд для Л; и В,-.

Метод определения команды управления

Рассмотрим правило управления Л,- для момента времени /. Если в этот момент выполняется команда управления «и есть С,», то на основе локальных знаний (нечеткой модели) об объектной системе предсказывается, в какие нечеткие множества превратятся оцениваемые величины х, у, и как результат управления определяются нечеткие множества x(Q:tl yiQ-t)-

Предпосылка Р; 11 правила управления для момента времени t находится следующим образом:

Pi\t = Ai nx(Cr.t) X В; OyiQ-.t). (3.31)

По максимальному значению функций принадлежности всех правил управления Л, для момента t можно определить степень достижения цели командой управления С,.

Исходя из определенных таким образом степеней достижения целей всеми командами, можно определить оптимальную команду Со для текущего момента времени I. Для вычислений выходной команды управления Сд используется несколько методов; метод выбора команды управления Cj по правилу управления Ri с самой высокой степенью достижения цели, метод центра тяжести всех команд управления и др- Обычно выбирают метод в зависимости от объекта управления.

В описываемом методе нечеткого управления правила управления определяются с помощью нечетких множеств и используется модель объектной системы, поэтому вождение осуществляется на основе небольщого числа типовых правил управления, определяющих ключевые моменты вождения.

3.6.4. СИСТЕМА АВТОВОЖДЕНИЯ ПОЕЗДА НА ОСНОВЕ НЕЧЕТКОГО УПРАВЛЕНИЯ С ПРОГНОЗИРОВАНИЕМ

Для того чтобы представить в компьютере эмпирические правила машиниста, изложенные в разд. 3.6.2, в виде правил нечеткого управления, необходимо определить, с помощью каких нечетких множеств будут количественно определяться оценки целей управления, входящие в эмпирические правила: безопасность, комфортабельность, экономия электроэнергии, скорость движения, время в пути и точность остановки. Прежде всего с помощью нечетких множеств, показанных на рис. 3.49, дадим количественное представление словесного описания показателей оценки, соответствующим целям управления, затем эмпирические правила сформулируем в виде правил нечеткого управления.

Нечеткие множества показателей оценки

1. Определение показателя оценки безопасности (5). Главная безопасность - предотвращение столкновения с идущим впереди поездом-гарантируется САУ, занимающей верхний уровень системы автовождения поездов. В случае превыше-

G-корошая VG - очень хорошая В-плохая VB-очень плохая М-среЭняя

км/ч

~Ту/вв Щс Туе"

-5 с О О с 5

Рис. 3.49. Показатели оценки автовождения поезда на основе нечеткого управления.

ния предельной скорости САУ обеспечивает экстренное торможение и снижает скорость поезда. Если впереди имеется участок пути, на котором предельная скорость окажется ниже текущей, то, принимая в качестве цели смягчение толчка от экстренного торможения при въезде на этот участок, производится оценка опасности в течение времени, необходимого для достижения пункта, где предельная скорость снижается. Если этот промежуток времени большой, показатель оценки определяется как «безопасность хорошая; S есть G»; если малый, то «безопасность плохая: S есть .6».

2. Определение показателя оценки комфортабельности (С). При автовождении поезда ставится задача управления без толчков поезда в направлении движения и обеспечения высокой комфортабельности для пассажиров. Критерием количественной оценки комфортабельности могут служить толчки вследствие периодических изменений ускорения. Однако возникают трудности в измерении величины толчков и организации обратной связи. Поэтому, учитывая, что при частых изменениях позиции управления пассажиры испытываю!

толчки большой амплитуды и комфортабельность ашжает-ся, уровень комфортабельности можно оценивать по времени, прошедшему после последнего изменения позиции, т.е. времени, когда позиция остается неизменной. В этом случае показатель оценки при большом промежутке времени после последнего изменения позиции управления определяется как «хорошая комфортабельность: Сесть G»; при малом-«плохая комфортабельность: С есть В».

3. Определение показателя оценки экономии электроэнергии (£). Экономия электроэнергии достигается тогда, когда отсутствует переход на позиции управления, а движение осуществляется по инерции. В случае движения по инерции, естественно, увеличивается время в пути. Поэтому будем считать известным приращение времени в пути при движении по инерции до некоторого пункта, и если существует возможность ЭК0Н0М1Ш электроэнергии в определенных пунктах между станциями, от текущего положения поезда до соответствующего пункта можно переходить на движение по инерции. Таким образом, на участке с движением по инерции Оценочный показатель определяется как «хорошая экономия электроэнергии: Е есть G».

4. Определение показателя оценки скорости (7). Скорость должна быть несколько ниже предельной и находиться в определенном диапазоне. Оценка скорости характеризует не текущую скорость, а значение в случае сохранения текущей позиции управления или значение в случае изменения позиции. Поэтому скорость поезда оценивается спустя 2-3 с после предполагаемого изменения позиции. Для случая, когда прогнозируемая скорость близка к оптимальной и немного меньше предельной, показатель оценки определяется как «скорость движения хорошая: Тесть G», при совпадении этих скоростей-«скорость движения очень хорошая: Тесть VG», а в случае, когда прогнозируемая скорость гораздо меньше предельной,-«скорость движения плохая: Тесть 5».

5. Определение показателя оценки времени в пути {К). Время в пути в значительной степени зависит от снижения скорости во время торможения при остановках на станциях. Обычно учитываются характеристики торможения состава, и в соответствии со скоростью поезда определяется точка начала торможения (пункт В). Если управление остановкой начинается до пункта В, снижение скорости за счет торможения идет медленнее и время в пути увеличивается. Поэтому