ПИД реттегіштері динамикалық объектілер үшін, атап айтқанда, сервомеханизмдерде басқару жүйелерінде кеңінен қолданылады. Дегенмен, классикалық ПИД реттегіштерін пайдалану шектеулері мен кемшіліктері бар. Эксперименттер көрсеткендей, объектінің параметрлерін өзгерту бақылаудың сапасын айтарлықтай өзгертеді. Бұл мәселені шешу үшін контроллер параметрлерін бейімдеу әдістерін қолдануға болады.
Нейрондық желілерді пайдалану зияткерлік меншік жүйесін береді және реттеу мүмкіндіктерін кеңейтеді [1].Осыған байланысты қозғалтқыш білігіне айнымалы инерция сәті жағдайында сервопроцессордың жұмыс істеу процесінде реттегіш параметрлерін автоматты түрде бейімдеуді жүзеге асыратын көп қабатты нейрондық желілерді онлайн оқытуға негізделген екі алгоритм жасалды.
Бір жағдайда нейрожелілік бапталуы бар классикалық ПИД-реттегіш пайдаланылады. Екінші жағдайда классикалық реттегіш толығымен нейрожелілік реттегішпен ауыстырылады, ал оның параметрлері жүйенің параметрлеріне байланысты өзгереді.
Нейрожелілік адаптация блогының қадағалау жүйесінің модификациясы
Реттегіш параметрлерін адаптациялаудың іске асырылған әдістерінің бірі гибридтік нейро-ПИД басқару әдісін қарастырамыз. Берілген әдіс параметрлік адаптация алгоритмін іске асыратын классикалық ПИД-реттегіш пен нейрожелілік модульдің бірігіп жұмыс істеуін анықтайды [1]. Нейрожелілік адаптация модулімен жасалынған Simulink-модельді толықтырамыз. 1-суретте жүйенің функционалдық схемасы келтірілген.
1-суретте қадағалау жүйесінің орналасу контуры келтірілген, мұнда НА – нейрожелілік алгоритмді орындайтын блок, РП – орналасу реттегіші, ДП – орналасу датчигі, ОУ – тоқ пен жылдамдық контурынан, сондай-ақ төмендеткіш редуктордан тұратын басқару объектісі.
Адаптация алгоритмі үш қабатты нейронды желі көмегімен басқару объектісінің күйі туралы ақпаратты өңдейді де, реттеу сапасын жақсарту үшін реттегіш коэффициенттеріне мәндер береді. НА блогының кірістік параметрлері болып қадағалау жүйесінің ағымдағы кірістік әсері g, қателік e және жүйенің шығыстық шамасы y табылады. НА блогының шығыстық шамалары болып Kp, Ki және Kd ПИД-реттегіштің күшейту коэффициенттерінің мәндері табылады.
Сурет 1. Гибридтік нейро-ПИД басқаруы бар қадағалау жүйесінің функционалдық схемасы
Нейрожелілік адаптация блогының математикалық сипаттамасы
Реттегіш параметрлерін адаптациялау блогы алгоритмі негізінде үшқабатты тікелей таралатын нейрондық желі, қатенің кері таралуының градиенттік әдіс бойынша салмақтық коэффициенттердің өзгерісі жатыр [2]. Нейрондық желінің құрылымы 2-суретте келтірілген:
Сурет 2. Нейрожелілік алгоритм блогы негізіндегі нейрондық желінің құрылымдық схемасы
Жасанды нейрондық желінің қателерді артуымен және дәстүрлі ПИД контроллерімен өзара әрекеттестігі PID бақылау параметрлерін жеткіліксіз анықтауға байланысты проблемаларды тиімді шеше алады. Бұл НЖ-нің кез-келген сызықтық емес функцияны, желілік құрылымның қарапайымдылығын және оқыту алгоритмінің мүмкіндіктерін жақындату қабілетін түсіндіреді.
Нейрожелілік адаптация блогының жұмыс алгоритм схемасы 3-суретінде келтірілген:
Сурет 3. Нейрожелілік алгоритм блогының жұмыс алгоритмі
Нейро-ПИД басқарылуы бар қадағалау жүйесін модельдеу
4-суретте гибридті нейро-ПИД басқарылуы бар қадағалау жүйесінің Simulink-моделі көрсетілген.
Сурет 4. Нейро-ПИД басқарылуы бар қадағалау жүйесінің Simulink-моделі
5-суреттегі келтірілген пайдаланушының nnpidkoef блогы НА алгоритмін іске асырады. Оның кірісіне тапсырма g, қате e және жүйенің шығысы y келіп түседі. Блоктың шығыстары орналасу реттегішінің коэффициенттері болып табылады [3].
Жүйенің жұмыс нәтижелері төменде келтірілген. 6-суретте сатылы әсерлерге жүйенің реакция графигі көрсетілген. Бұл кезде кезектегі сатыны беру кезінде жүйеде инерция моменті өзгереді. Бастапқыда ол J= 0.0835 кг*м2 тең, ол 3 есе ұлғаяды 3J=0.2505 кг*м2 және соңғы тапсырма алдында бастапқы шамаға J/3=0.0278 кг*м2 қатысты 3 есе азаяды. 7-суретте синусоидалды тапсырманың жүйе кірісіне келіп түсетін шығыстық шаманың графигі келтірілген. Моменттің өзгеру жағдайлары өзгеріссіз қалады. Өзгеру уақыты 0,5 және 1 секунд.
Сурет 5. Инерцияның өзгеретін моментінде сатылы әсерлесуге нейро-ПИД-реттегіші бар жүйе реакциясы
Сурет 6. Инерцияның өзгеретін моментінде синосуидалды әсерлесуге нейро-ПИД-реттегіші бар жүйе реакциясы
Сурет 7. Реттегіш параметрлерінің өзгеру графигі
Әдебиет:
1. Аведьян Э.Д. Алгоритмы настройки многослойных нейронных сетей // АиТ. – 2005. - № 4. – С. 106–118.
2. Автоматизация синтеза и обучение интеллектуальных систем управления / И.М. Макаров, В.М. Лохин, С.В. Манько, М.П. Романов; под ред. И.М. Макарова и В.М. Лохина. – М.: Наука, 2009. – 228 с.
3. Галушкин А.И. Нейронные сети: основы теории. - М.: Горячая линия – Телеком, 2010. - 496 с.
