Синтез нечіткого супервізора, корекцій коефіцієнтів під-регулятора на підставі інформації про помилку та її похідну

У статті розглядається методика синтезу нечіткого супервізора, корекцій коефіцієнтів ПІДрегулятора на підставі інформації про помилку та її похідну Розглянуто методику алгоритму адаптації реакції об’єкта управління до зовнішніх збурень на підставі оцінки помилки керування та її похідної з використанням нечіткого супервізора. Ідея застосування нечіткого супервізора полягає в організації дворівневої системи, у якій на нижньому рівні перебуває звичайний ПІД-регулятор, а на верхньому – нечіткий. Нечіткий супервізор під’єднано паралельно класичному ПІД-регулятору. Застосування нечіткого супервізора дає змогу адаптивно підлаштувати фіксовані передаточні коефіцієнти ПІД-регулятору протягом усього перехідного процесу, що дає змогу значно підвищити робастність системи керування. Підвищення робастності досягається тим, що нечіткі регулятори нелінійні за своєю суттю та можуть керувати лінійними об’єктами краще, ніж класичні, і навіть керувати нелінійними об’єктами, для яких лінійні регулятори непридатні. Класична теорія управління орієнтована переважно на синтез лінійних регуляторів для таких об’єктів. Властивість лінійності дає змогу отримати зручні алгоритми оцінки таких важливих системних властивостей, як стійкість, керованість, спостережуваність тощо. Проте всі реальні об’єкти є нелінійними, і лінеаризація їх математичного опису вимагає розгляду певної робочої точки, щодо якої досліджують малі відхилення. За результатами синтезу нечіткого супервізора побудовано таблиці налаштування лінгвістичних правил зміни передаточних коефіцієнтів ПІД-регулятора, получено графічне уявлення поверхень керування супервізорною системою. Порівняно набуті графіки перехідного процесу об’єкта керування під час використання класичного ПІД-регулятора та нечіткого супервізора, корекцій коефіцієнтів ПІД-регулятора.

The article considers the method of synthesis of a fuzzy supervisor, corrections of coefficients of the PID controller based on information about the error and its derivative. The method of the algorithm of adaptation of the reaction of the controlled object to external disturbances based on the estimation of the control error and its derivative using a fuzzy supervisor is considered. The idea of using a fuzzy supervisor is to organize a two-level system in which the lower level is a conventional PID controller, and the upper level is a fuzzy controller. The fuzzy supervisor is connected in parallel with the classical PID controller. The use of a fuzzy supervisor allows for adaptive adjustment of fixed transfer coefficients of the PID controller over the entire transient process, which allows significantly increasing the robustness of the control system. The increase in robustness is achieved by the fact that fuzzy controllers, which are inherently nonlinear, can control linear objects better than classical controllers, and even control nonlinear objects for which linear controllers are unsuitable. Classical control theory is mainly focused on the synthesis of linear controllers for such objects. The property of linearity allows us to obtain convenient algorithms for estimating such important system properties as stability, controllability, observability, etc. However, all real objects are nonlinear, and the linearization of their mathematical description requires consideration of a certain operating point, relative to which small deviations are considered. Based on the results of the synthesis of a fuzzy supervisor, tables for setting linguistic rules for changing the transfer coefficients of the PID controller were constructed, and a graphical representation of the control surfaces of the supervisory system was obtained. The acquired graphs of the transient process of the control object when using a classical PID controller and a fuzzy supervisor, corrections of the coefficients of the PID controller were compared.