Багатокритеріальна параметрична оптимізація робастного керування з двома ступенями свободи дискретно-континуальним об’єктом

Автори

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

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

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

Т. Б. Нікітіна, Навчально-науковий професійно-педагогічний інститут УІПА (84511, м. Бахмут, вул. Носакова, 9 а), e-mail: tatjana55555@gmail.com, ORCID: 0000-0002-9826-1123

Б. Б. Кобилянський, Навчально-науковий професійно-педагогічний інститут УІПА (84511, м. Бахмут, вул. Носакова, 9 а), e-mail: nnppiuipa@ukr.net, ORCID: 0000-0003-3226-5997

Анотація

Розроблено багатокритеріальну параметричну оптимізацію нелінійного робастного керування з двома ступенями свободи дискретно-континуальним об’єктом для підвищення точності і зниження чутливості до невизначених параметрів об’єкта. Такі об’єкти розміщені на рухомій основі, на якій встановлені датчики кутів, кутових швидкостей і кутових прискорень. Для підвищення точності керування використовуються системи із двома ступенями свободи, які включають керування із зворотним зв’язком і замкнутим контуром і із прямими зв’язками і розімкненими контурами керування по задаючому та збурюючому впливам. Багатокритеріальна оптимізація нелінійного робастного керування з двома ступенями свободи дискретно-континуальним об’єктом зведена до рішення рівнянь Гамільтона-Якобі-Айзекса. Вектор цілі робастного керування обчислюється у вигляді рішення антагоністичної векторної гри з нульовою сумою. Векторні виграші цієї гри – це прямі вимоги, які висуваються до системи в різних режимах її роботи. Розрахунок векторних виграшів цієї гри пов’язаний із моделюванням синтезованої нелінійної системи для різних режимів роботи системи, вхідних сигналів і значень параметрів об’єкта. Рішення цієї векторної гри розраховуються на основі системи Парето-оптимальних рішень з урахуванням бінарних відношень переваг на основі стохастичного метаевристичного алгоритму Архімеда оптимізації кількома роями. Завдяки синтезу нелінійного робастного керування з двома ступенями свободи дискретно-континуальним об’єктом показано, що використання синтезованих регуляторів дозволило підвищити точність керування електромеханічною системою з розподіленими параметрами механічної частини для зменшення часу перехідних процесів в 1,5–2 рази, зменшити дисперсію помилок в 1,3 рази і знизити чутливість системи до зміни параметрів об’єкта в порівнянні з типовими регуляторами, які використовуються в існуючих системах. Подальше підвищення точності керування стримується енергетичними обмеженнями виконавчих механізмів й інформаційними обмеженнями вимірювальних приладів.

Ключові слова: дискретно-континуальний об’єкт, нелінійне робастне керування, рівняння Гамільтона-Якобі-Айзекса, багатокритеріальна параметрична оптимізація, стохастичний метаевристичний алгоритм оптимізації.

Повний текст: завантажити PDF

Література

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. Martynenko G. Analytical method of the analysis of electromagnetic circuits of active magnetic bearings for searching energy and forces taking into account control law. Conference proceedings of the 2020 IEEE KhPI Week on Advanced Technology (IEEE KhPIWeek 2020), Ukraine, Kharkiv, October 5–10, 2020. P. 86–91, https://doi.org/10.1109/KhPIWeek51551.2020.9250138.
5. Martynenko G., Martynenko V. Rotor dynamics modeling for compressor and generator of the energy gas turbine unit with active magnetic bearings in operating modes. Proceedings of the 25th IEEE International Conference on Problems of Automated Electric Drive. Theory and Practice (IEEE PAEP 2020), Ukraine, Kremenchuk, September 21–25, 2020. P. 1–4. https://doi.org/10.1109/PAEP49887.2020.9240781.
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. 31–38. 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 25.05.2023