Багатокритеріальна оптимізація стохастичного робастного керування системою стеження

Автори

Б. І. Кузнецов, Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Комунальників, 2/10), e-mail: kuznetsov.boris.i@gmail.com, ORCID: 0000-0002-1100-095X

І. В. Бовдуй, Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Комунальників, 2/10), e-mail: ibovduj@gmail.com, ORCID: 0000-0003-3508-9781

О. В. Волошко, Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Комунальників, 2/10), e-mail: vinichenko.e.5@gmail.com, ORCID: 0000-0002-6931-998X

Т. Б. Нікітіна, Бахмутський навчально-науковий професійно-педагогічний інститут Харківського національного університету імені В. Н. Каразіна (84511, Україна, м. Бахмут, вул. Носакова, 9а), e-mail: tatjana55555@gmail.com, ORCID: 0000-0002-9826-1123

Б. Б. Кобилянський, Бахмутський навчально-науковий професійно-педагогічний інститут Харківського національного університету імені В. Н. Каразіна (84511, Україна, м. Бахмут, вул. Носакова, 9а), e-mail: nnppiuipa@ukr.net, ORCID: 0000-0003-3226-5997

Анотація

Розроблено багатокритеріальну оптимізацію стохастичного робастного керування з двома ступенями свободи системою стеження з анізотропійними регуляторами для підвищення точності й зниження чутливості до невизначених параметрів об’єкта. Такі об’єкти розташовані на рухомій основі, на якій встановлені датчики кутів, кутових швидкостей і кутових прискорень. Підвищення точності керування з двома ступенями свободи включає керування із зворотним зв’язком і замкнутим контуром і керування із прямим зв’язком і розімкненим контуром за допомогою використання задаючих та збуруючих впливів. Багатокритеріальна оптимізація стохастичного робастного керування системи стеження з двома ступенями свободи із анізотропійними регуляторами зведена до ітеративного рішення системи з чотирьох пов’язаних рівнянь Ріккаті, рівняння Ляпунова та визначення анізотропійної норми системи по виразу спеціального вигляду, який чисельно вирішується за допомогою методу гомотопій, що включає векторизацію матриць та ітерацій за методом Ньютона. Вектор цілі робастного керування обчислюється в вигляді рішення векторної гри, векторні виграші якої – це прямі показники якості, яких має досягти система в різних режимах її роботи. Розрахунок векторних виграшів цієї гри пов’язаний із моделюванням синтезованої системи з анізотропійними регуляторами для різних режимів роботи з різними вхідними сигналами і значеннями параметрів об’єкта. Рішення цієї векторної гри розраховуються на основі множини Парето-оптимальних рішень з урахуванням бінарних відношень переваг на основі метаевристичного алгоритму багатороєвої оптимізації Архімеда. На основі результатів синтезу стохастичного робастного керування системи стеження з двома ступенями свободи з анізотропійними регуляторами показано, що використання синтезованих регуляторів дозволило підвищити точність керування системою, зменшити час перехідних процесів у 3–5 разів, зменшити дисперсію помилок у 2,7 рази, знизити чутливість системи до зміни параметрів об’єкта у порівнянні з типовими регуляторами.

Ключові слова: система, стеження, стохастичне робастне керування, багатокритеріальна оптимізація.

Повний текст: завантажити PDF

Література

1. Jin M., Kang S. H., Chang P. H. Robust compliant motion control of robot with nonlinear friction using time-delay estimation. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2008. Vol. 55. Iss. 1. P. 258–269. https://doi.org/10.1109/TIE.2007.906132.
2. Marton L., Lantos B. Modeling, identification, and compensation of stick-slip friction. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2007. Vol. 54. Iss. 1. P. 511–521. https://doi.org/10.1109/TIE.2006.888804.
3. Sushchenko O., Averyanova Yu., Ostroumov I., Kuzmenko N., Zaliskyi M., Solomentsev O., Kuznetsov B., Nikitina T., Havrylenko O., Popov A., Volosyuk V., Shmatko O., Ruzhentsev N., Zhyla S., Pavlikov V., Dergachov K., Tserne E. Algorithms for design of robust stabilization systems. In: Gervasi O., Murgante B., Hendrix E. M. T., Taniar D., Apduhan B. O. (eds) Computational Science and Its Applications – ICCSA 2022. Lecture Notes in Computer Science. Vol. 13375. Cham: Springer, 2022. P. 198–213. https://doi.org/10.1007/978-3-031-10522-7_15.
4. Shmatko O., Volosyuk V., Zhyla S., Pavlikov V., Ruzhentsev N., Tserne E., Popov A., Ostroumov I., Kuzmenko N., Dergachov K., Sushchenko O., Averyanova Yu., Zaliskyi M., Solomentsev O., Havrylenko O., Kuznetsov B., Nikitina T. Synthesis of the optimal algorithm and structure of contactless optical device for estimating the parameters of statistically uneven surfaces. Radioelectronic and Computer Systems. 2021. No. 4. P. 199–213. https://doi.org/10.32620/reks.2021.4.16.
5. Volosyuk V., Zhyla S., Pavlikov V., Ruzhentsev N., Tserne E., Popov A., Shmatko O., Dergachov K., Havrylenko O., Ostroumov I., Kuzmenko N., Sushchenko O., Averyanova Yu., Zaliskyi M., Solomentsev O., Kuznetsov B., Nikitina T. Optimal method for polarization selection of stationary objects against the background of the Earth’s surface. International Journal of Electronics and Telecommunications. 2022. Vol. 68. No. 1. P. 83–89. https://doi.org/10.24425/ijet.2022.139852.
6. Ostroumov I., Kuzmenko N., Sushchenko O., Pavlikov V., Zhyla S., Solomentsev O., Zaliskyi M., Averyanova Yu., Tserne E., Popov A., Volosyuk V., Ruzhentsev N., Dergachov K., Havrylenko O., Kuznetsov B., Nikitina T., Shmatko O. Modelling and simulation of DME navigation global service volume. Advances in Space Research. 2021. Vol. 68. Iss. 8. P. 3495–3507. https://doi.org/10.1016/j.asr.2021.06.027.
7. Averyanova Yu., Sushchenko O., Ostroumov I., Kuzmenko N., Zaliskyi M., Solomentsev O., Kuznetsov B., Nikitina T., Havrylenko O., Popov A., Volosyuk V., Shmatko O., Ruzhentsev N., Zhyla S., Pavlikov V., Dergachov K., Tserne E. UAS cyber security hazards analysis and approach to qualitative assessment. In: Shukla S., Unal A., Varghese Kureethara J., Mishra D. K., Han D. S. (eds.) Data Science and Security. Lecture Notes in Networks and Systems. 2021. Vol. 290. P. 258–265. https://doi.org/10.1007/978-981-16-4486-3_28.
8. Zaliskyi M., Solomentsev O., Shcherbyna O., Ostroumov I., Sushchenko O., Averyanova Yu., Kuzmenko N., Shmatko O., Ruzhentsev N., Popov A., Zhyla S., Volosyuk V., Havrylenko O., Pavlikov V., Dergachov K., Tserne E., Nikitina T., Kuznetsov B. Heteroskedasticity analysis during operational data processing of radio electronic systems. In: Shukla, S., Unal, A., Varghese Kureethara, J., Mishra, D. K., & Han, D. S. (eds) Data Science and Security. Lecture Notes in Networks and Systems. 2021. Vol. 290. P. 168–175. https://doi.org/10.1007/978-981-16-4486-3_18.
9. Ostroumov I., Kuzmenko N., Sushchenko O., Zaliskyi M., Solomentsev O., Averyanova Yu., Zhyla S., Pavlikov V., Tserne E., Volosyuk V., Dergachov K., Havrylenko O., Shmatko O., Popov A., Ruzhentsev N., Kuznetsov B., Nikitina T. A probability estimation of aircraft departures and arrivals delays. In: Gervasi, O. et al. (eds.) Computational Science and Its Applications (ICCSA 2021). Lecture Notes in Computer Science. 2021. Vol. 12950. P. 363–377. https://doi.org/10.1007/978-3-030-86960-1_26.
10. Zhyla S., Volosyuk V., Pavlikov V., Ruzhentsev N., Tserne E., Popov A., Shmatko O., Havrylenko O., Kuzmenko N., Dergachov K., Averyanova Yu., Sushchenko O., Zaliskyi M., Solomentsev O., Ostroumov I., Kuznetsov B., Nikitina T. Statistical synthesis of aerospace radars structure with optimal spatio-temporal signal processing, extended observation area and high spatial resolution. Radioelectronic and Computer Systems. 2022. No. 1. P. 178–194. https://doi.org/10.32620/reks.2022.1.14.
11. Maksymenko-Sheiko K. V., Sheiko T. I., Lisin D. O., Petrenko N. D. Mathematical and computer modeling of the forms of multi-zone fuel elements with plates. Journal of Mechanical Engineering – Problemy Mashynobuduvannia. 2022. Vol. 25. No. 4. P. 32–38. https://doi.org/10.15407/pmach2022.04.032.
12. Hontarovskyi P. P., Smetankina N. V., Ugrimov S. V., Garmash N. H., Melezhyk I. I. Computational studies of the thermal stress state of multilayer glazing with electric heating. Journal of Mechanical Engineering – Problemy Mashynobuduvannia. 2022. Vol. 25. No. 2. P. 14–21. https://doi.org/10.15407/pmach2022.02.014.
13. Kostikov A. O., Zevin L. I., Krol H. H., Vorontsova A. L. The optimal correcting the power value of a nuclear power plant power unit reactor in the event of equipment failures. Journal of Mechanical Engineering – Problemy Mashynobuduvannia. 2022. Vol. 25. No. 3. P. 40–45. https://doi.org/10.15407/pmach2022.03.040.
14. Rusanov A. V., Subotin V. N., Khoryev O. M., Bykov Yu. A., Korotaiev P. O., Ahibalov Ye. S. Effect of 3D shape of pump-turbine runner blade on flow characteristics in turbine mode. Journal of Mechanical Engineering – Problemy Mashynobuduvannia. 2022. Vol. 25. No. 4. P. 6–14. https://doi.org/10.15407/pmach2022.04.006.
15. Hashim F. A., Hussain K., Houssein E. H., Mabrouk M. S., Al-Atabany W. Archimedes optimization algorithm: A new metaheuristic algorithm for solving optimization problems. Applied Intelligence. 2021. Vol. 51. P. 1531–1551. https://doi.org/10.1007/s10489-020-01893-z.

Надійшла до редакції 19.02.2024