В.Н. Ефанов1, Д.Ф. Муфаззалов2

1,2 Уфимский университет науки и технологий (г. Уфа, Россия)

1efanov@mail.ru, 2arsew@ya.ru

Постановка проблемы. Условия работы сложных систем управления в недетерминированной и неизвестной среде при наличии большого числа неопределенных факторов требуют, чтобы системы этого класса обладали способностью сохранять заданные характеристики в непредсказуемых ситуациях. В этих условиях высокую эффективность показали интеллектуальные алгоритмы управления за счет их способности к самообучению в ситуациях с априорной и апостериорной неопределенностью. К их числу относятся разнообразные методы машинного обучения, включая генетические алгоритмы. Однако классические генетические алгоритмы используются для оптимизации функций дискретных переменных, что требует их адаптации при решении задачи синтеза параметров регулятора.

Цель. Разработать модифицированный генетический алгоритм с вещественным представлением для решения задачи стабилизации сложных технических систем управления в заданном диапазоне неопределенных характеристик объекта управления.

Результаты. Получена интервальная модель, описывающая поведение системы в заданном диапазоне неопределенных характеристик объекта управления. Сформирована система неравенств для параметров регулятора, обеспечивающего экспоненциальную устойчивость синтезируемой системы. Предложен генетический алгоритм решения данной системы неравенств.

Практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы при синтезе систем управления летательными аппаратами различного назначения.

Ефанов В.Н., Муфаззалов Д.Ф. Генетический алгоритм стабилизации сложных систем управления // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2024. Т. 22. № 2. С. 31−43. DOI: https://doi.org/10.18127/j20700814-202402-04

1. Wonghong T. Intelligent Control by Unfalsified Control Theory // International Electrical Engineering Congress (iEECON). Krabi (Thailand). 2023. P. 01−04. doi: 10.1109/iEECON56657.2023.10126653.
2. Shi P., Yan B. A Survey on Intelligent Control for Multiagent Systems // IEEE Transactions on Systems, Man and Cybernetics: Systems. January 2021. V. 51. № 1. P. 161−175. doi: 10.1109/TSMC.2020.3042823.
3. Li Q., Yin F., Zhang J., Sun J., Dong L., Y. Su Design and application of parallel intelligent control system for denitration system in coal-fired power plant // 2022 IEEE 2nd International Conference on Digital Twins and Parallel Intelligence (DTPI). Boston. MA. USA. 2022. P. 1−6. doi: 10.1109/DTPI55838.2022.9998946.
4. Su B., Zhao H., Qi T., Liu X., Yu R. Research on Architecture of Intelligent Command and Control System // 2019 International Conference on Virtual Reality and Intelligent Systems (ICVRIS). Jishou (China). 2019. P. 362−364. doi: 10.1109/ICVRIS.2019.00094.
5. S. Gu, Liang X., Zhang Z., Yan S. Discussion on Intelligent Control Route of Thermal Power Plant // 4th International Conference on Intelligent Control, Measurement and Signal Processing (ICMSP). Hangzhou (China). 2022. P. 558−561. doi: 10.1109/ICMSP55950.2022.9859184.
6. Yang X., Chen L., S. Du, C. Lu, W. Li, M. Wu Design of an Intelligent Monitoring System for Operating States in a Coal Mine Drilling Process // 41st Chinese Control Conference (CCC). Hefei (China). 2022. P. 2596−2600. doi: 10.23919/CCC55666.2022.9901667.
7. Kuttybay N. et al. An Automated Intelligent Solar Tracking Control System With Adaptive Algorithm for Different Weather Conditions // IEEE International Conference on Automatic Control and Intelligent Systems (I2CACIS). Selangor (Malaysia). 2019. P. 315−319. doi: 10.1109/I2CACIS.2019.8825098.
8. Hailin L., Jinhong W., Yong L. Intelligent Control System Design for High Vacuum Die Casting Process // International Conference on Intelligent Transportation. Big Data & Smart City (ICITBS). Xi'an (China). 2021. P. 300−303. doi: 10.1109/ICITBS53129.2021.00081.
9. Gong J., Zhang X., Ning Y., N. Lv Research on Architecture of Spacecraft Intelligent Control System // 2nd International Conference on Computer Engineering and Intelligent Control (ICCEIC). Chongqing (China). 2021. P. 172−176. doi: 10.1109/ICCEIC54227.2021.00041.
10. Khuralay M., Telektesovich A.K., Serikovich O.A., Serikovna B.S., Zhalenovna O.K., Oteulievna Z.A. Computer Simulation of Intelligent Control Systems for High-Precision Cruise Missiles // International Conference on Smart Information Systems and Technologies (SIST). Nur-Sultan (Kazakhstan). 2022. P. 1−6. doi: 10.1109/SIST54437.2022.9945703.
11. Wang S., Hui Y., Sun X., Shi D. Neural Network Sliding Mode Control of Intelligent Vehicle Longitudinal Dynamics // IEEE Access. V. 7. P. 162333−162342. 2019. doi: 10.1109/ACCESS.2019.2949992.
12. A.R. Majid A., Fareh R., Bettayeb M. Intelligent Active Disturbance Rejection Control for Quadrotor System // International Conference on Electrical and Computing Technologies and Applications (ICECTA). Ras Al Khaimah (United Arab Emirates). 2022. P. 190−195. doi: 10.1109/ICECTA57148.2022.9990070.
13. Xiong J., Cheng Z., Gao J., Wang Y., Liu L., Yang Y. Design of LPV Control System Based on Intelligent Optimization // Chinese Control And Decision Conference (CCDC). Nanchang (China). 2019. P. 2160−2165. doi: 10.1109/CCDC.2019.8832439.
14. Z. Yu, J. Ao, Liu L., Zhu C. Intelligent Control of a Hypersonic Flight Vehicle Based on Active Disturbance Rejection Control // 2nd International Conference on Computer Engineering and Intelligent Control (ICCEIC). Chongqing (China). 2021. P. 134−137. doi: 10.1109/ICCEIC54227.2021.00034.
15. Sun Q., H. Xu Adaptive Control Method of UAV Intelligent Rudder Based on Hybrid Genetic Algorithm // 33rd Chinese Control and Decision Conference (CCDC). Kunming (China). 2021. P. 4753−4757. doi: 10.1109/CCDC52312.2021.9601687.
16. C. Ma. Zhang W., Y. Qu, Fan L. Design and Implementation of Intelligent Management and Control Decision System for Ship Platform // 33rd Chinese Control and Decision Conference (CCDC). Kunming (China). 2021. P. 4057−4061. doi: 10.1109/CCDC52312.2021.9601565.
17. Bychkov I., Davydov A., Kenzin M., Maksimkin N., Nagul N., Ulyanov S. Intelligent control of autonomous underwater vehicles groups // 3rd International Conference on Control, Automation and Robotics (ICCAR). Nagoya (Japan). 2017. P. 180−183. doi: 10.1109/ICCAR.2017.7942682.
18. Z. Ye, Zhang D., Z.-G. Wu, Yan H. A3C-Based Intelligent Event-Triggering Control of Networked Nonlinear Unmanned Marine Vehicles Subject to Hybrid Attacks // IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems. August 2022. V. 23. № 8. P. 12921−12934. doi: 10.1109/TITS.2021.3118648.
19. Liu S., S. Yu, Zhang L. Design and implementation of marine diesel engine exhaust emission reduction intelligent control system //  34rd Youth Academic Annual Conference of Chinese Association of Automation (YAC). Jinzhou (China). 2019. P. 724−729. doi: 10.1109/YAC.2019.8787623.
20. Ulyanov S.V., Reshetnikov A.G. Cognitive intelligent robust control system based on quantum fuzzy inference for robotics and mechatronics // IEEE 15th International Symposium on Intelligent Systems and Informatics (SISY). Subotica (Serbia). 2017. P. 000255−000260. doi: 10.1109/SISY.2017.8080563.
21. Zou Z., Zhang Y., Zhang S., Pan X., Yuan Z., Gong L. Design of Intelligent Control System Based on Asymmetric Fuzzy Algorithm // IEEE 4th International Electrical and Energy Conference (CIEEC). Wuhan (China). 2021. P. 1−4. doi: 10.1109/CIEEC50170.2021.9510646.
22. Kryukov O.V., Blagodarov D.A., Dulnev N.N., Safonov Y.M., Fedortsov N.N., Kostin A.A. Intelligent Control of Electric Machine Drive Systems // X International Conference on Electrical Power Drive Systems (ICEPDS). Novocherkassk (Russia). 2018. P. 1−4. doi: 10.1109/ICEPDS.2018.8571670.
23. Sun K., Mou S., Qiu J., Wang T., Gao H. Adaptive Fuzzy Control for Nontriangular Structural Stochastic Switched Nonlinear Systems With Full State Constraints // IEEE Transactions on Fuzzy Systems. August 2019. V. 27. № 8. P. 1587−1601. doi: 10.1109/TFUZZ.2018.2883374.
24. Tuan N.A., Dat N.T., Van C. Kien, Anh H.P.H. Robust Adaptive Neural Sliding Mode Method for Coupled-Tank System Intelligent Control // 6th International Conference on Green Technology and Sustainable Development (GTSD). Nha Trang City (Vietnam). 2022. P. 366−369. doi: 10.1109/GTSD54989.2022.9989211.
25. Lusenko D. Waste Heat Boiler Control System Based on Neural network Technology and Fuzzy Logic // International Russian Automation Conference (RusAutoCon). Sochi (Russia). 2022. P. 772−776. doi: 10.1109/RusAutoCon54946.2022.9896377.
26. Wang Y., Wang T., Yang X., Yang J. Gradient Descent-Barzilai Borwein-Based Neural Network Tracking Control for Nonlinear Systems With Unknown Dynamics // IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems. January 2023. V. 34. № 1. P. 305−315. doi: 10.1109/TNNLS.2021.3093877.
27. Chen B.-R., Hsu C.-F., B.-F. Wu Microcontroller-Based Intelligent Control for Reaction Wheel Pendulums Using a Fuzzy Broad-Learning System // International Conference on Fuzzy Theory and Its Applications (iFUZZY). Kaohsiung (Taiwan). 2022. P. 1−5. doi: 10.1109/iFUZZY55320.2022.9985220.
28. Song R., Wang B., Cheng H., Huang H., Yan J. Intelligent Control for Switched Systems with Time Delay via Deep Reinforcement Learning // 33rd Chinese Control and Decision Conference (CCDC). Kunming (China). 2021. P. 6160−6165. doi: 10.1109/CCDC52312.2021.9602486.
29. Z. Yu. Sun Y., Dai X. Stability Analysis of a Class of Fractional-Order Nonlinear Systems Under Unknown Stochastic Disturbance and Actuator Saturation // IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs. October 2021. V. 68. № 10. P. 3241−3245. doi: 10.1109/TCSII.2021.3067149.
30. Rao C.N.N., Sankaraiah M., Prasad P.S. Genetic Algorithm based controllers for Robust Stability Enhancement of interconnected Power System with wind power penetration // First International Conference on Electrical. Electronics, Information and Communication Technologies (ICEEICT). Trichy (India). 2022. P. 01−06. doi: 10.1109/ICEEICT53079.2022.9768605.
31. Khorchani N., Jemai W.J., R. El Harabi, Dahman H. Robust stability analysis for uncertain neutral systems with time-delays // IEEE 21st international Ccnference on Sciences and Techniques of Automatic Control and Computer Engineering (STA). Sousse (Tunisia). 2022. P. 128−133. doi: 10.1109/STA56120.2022.10019028.
32. Маркус М., Минк Х. Обзор по теории матриц и матричных неравенств. Изд. 3-е. М.: URSS Либроком. 2009. 232 с.
33. Михалев И.А. Окоемов Б.Н., Чикулаев М.С. Системы автоматического управления самолетом. М.: Машиностроение. 1987. 240 с.