WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Алновайни Гази Хассан Али «МЕТОД ЛОГИЧЕСКОГО СЕТЕВОГО ОПЕРАТОРА ДЛЯ СИНТЕЗА УПРАВЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ ТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМОЙ» Специальность 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (промышленность)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2011 1

Работа выполнена в Российском университете дружбы народов на кафедре Кибернетики и мехатроники Инженерного факультета

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор А.И. Дивеев

Официальные оппоненты:

доктор технический наук, профессор Г.С. Садыхов кандидат технических наук, доцент Е.Г. Андрианова

Ведущая организация:

Смоленский филиал Московского университета путей сообщения (МИИТ)

Защита диссертации состоится 12 мая 2011 года в 16 часов 00 мин. на заседании диссертационного совета Д002.017.03 при Учреждении Российской академии наук вычислительном центре им. А.А. Дородницына РАН по адресу:

119333, г. Москва, ул. Вавилова, 40.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской академии наук вычислительного центра им. А.А. Дородницына РАН Автореферат разослан « » _ 2011г.

Ученый секретарь Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций кандидат физико-математических наук А.В. Мухин 2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Логическое управление, которое определяется тем, что компоненты вектора управления принимают целочисленные значения из ограниченного множества, в частности из множества {0,1}, сегодня имеет большую прикладную потребность в промышленности в частности в системах принятия решения для эффективного управления потоками в сетях.

Работа посвящена решению задачи синтеза логического управления динамической технической системой. Сегодня не известны общие методы решения задачи синтеза логического управления, когда из постановки задачи на основании заданных критериев и математической модели объекта управления с помощью определенных преобразований получают формально логическую функцию, описывающую зависимость управления от состояния объекта.

Развитие вычислительной техники и последние достижения в области алгоритмизации позволяют конструировать эффективные вычислительные алгоритмы, которые обеспечивают поиск математических выражений для решения различных задач с помощью вычислительной машины. К таким достижениям в области алгоритмизации относятся методы генетического программирования и сетевого оператора, которые позволяют построить численные методы для поиска математических выражений. В работе для решения задачи синтеза логического управления динамической технической системой разрабатывается численный метод на основе логического сетевого оператора.

Полученный в работе вычислительный метод синтеза предназначен для промышленного использования в городском хозяйстве. Метод позволяет построить систему управления транспортными потоками в сети городских дорог. Целью управления является обеспечение максимальной пропускной способности сети дорог за счет согласованного переключения рабочих фаз светофоров на всех регулируемых перекрестках сети. Увеличение пропускной способности сети дорог сегодня является важной прикладной задачей, решение которой может уменьшить количество заторов в сети. Решение задачи синтеза управления предусматривает нахождение функциональной зависимости рабочих фаз светофоров на регулируемых перекрестках от величин параметров транспортных потоков на участках сети дорог. По состоянию перегруженности транспорта на всех участках дорог синтезированное логическое управление обеспечивает для каждого светофора выбор решения о переключении на следующую рабочую фазу или нет.

Построение нового вычислительного метода для решения ранее не решенной научной задачи и применение разработанного метода для решения важной прикладной задачи определяет актуальность темы работы.

Предметом исследования диссертационной работы является вычислительный метод для синтеза логического управления динамической технической системой и его применение для управления транспортными потоками в сети городских дорог.

Целью диссертационных исследований является разработка эффективного вычислительного метода для синтеза логического управления динамической технической системой и применение полученного метода для управления транспортными потоками в сети городских дорог с целью увеличения пропускной способности сети. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- разработать на основе сетевого оператора вычислительный метод для синтеза логического управления динамической системой;

- исследовать и выбрать математическую модель управления транспортными потоками в сети городских дорог;

- выбрать и обосновать критерии оптимизации для задачи синтеза системы управления транспортными потоками в сети городских дорог;

- разработать программный комплекс для решения практических задач синтеза систем управления транспортными потоками в сети городских дорог на основе метода логического сетевого оператора.

Методы исследования, используемые в диссертации, основываются на результатах, полученных в областях теории управления, системного анализа, методах оптимального управления, теории графов, теории алгоритмов.

Новизна научных результатов.

• В применении нового вычислительного метода логического сетевого оператора для синтеза системы логико-функционального управления динамическими объектами.

• В адаптации модели управления движением транспортных потоков в сети городских дорог, построенной на основе теории управляемых сетей с учетом маршрутов движения части потоков и различных форм управления светофорами на регулируемых перекрестках.

Практическая значимость результатов работы заключается в том, что разработанный метод синтеза предназначен для построения системы управления транспортными потоками в сети городских дорог. В диссертации приведен пример синтеза системы управления транспортными потоками в сети городских дорог. На основании разработанных алгоритмов создан программный комплекс для синтеза систем управления.

Апробация результатов, полеченных в диссертации, подтверждается докладами на семинарах кафедры Кибернетики и мехатроники и на ежегодных конференциях профессорско-преподавательского коллектива Российского университета дружбы народов Результаты диссертации опубликованы в 4 научных трудах, общим объемом 2,5 п.л., из которых 3 работы, объемом 1,5 п.л. опубликованы в журналах, рекомендуемых ВАК РФ. В совместных работах результаты принадлежат соавторам в равных долях.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы. Объем работы – 115 страниц, включая 32 рисунка и 5 таблиц. Список литературы содержит наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы предмет, цель и задачи исследования, методы исследования, новизна научных результатов и практическая значимость полученных результатов, основные положения, выносимые на защиту, приведены данные о структуре и объеме диссертации.

В первом разделе приведена постановка задачи синтеза логического управления динамической технической системой. Управление называют логическим, если каждая его компонента принимает только два значения, например 0 или 1. В рассматриваемой задаче синтеза необходимо найти функцию, которая по значению вектора состояния объекта управления, вычисляет значение вектора логического управления.

Логическое управление использует при управлении различными объектами при выборе режимов функционирования, изменения контуров или структур систем управления и т.п. В данной работе технической системой или объектом управления является сеть городских дорог с регулируемыми перекрестками и движущимися в ней транспортными потоками.

Синтезированная функция должна по состоянию транспортных потоков на участках дорог сети обеспечивать возможность принятия решения для каждого светофора: «переключаться на следующую рабочую фазу или нет».

Рассмотрим формальную постановку задачи синтеза логического управления. Задана модель объекта управления x(k + 1)= f(x(k),u(k)), (1.1) где x(k) - вектор состояния объекта управления в такт управления k, x(k)= [x1(k) K xn (k)]T, u(k) - вектор управления, u(k)=[u1(k) K um (k)]T, u (k)U ={0,1,K,u+}, j =1,m. (1.2) j j j Заданы критерии качества управления K f J = f0,i(x(k),u(k)) min, i =1, D (1.3) i=Заданы начальное значение вектора состояния объекта управления x(0)= [x1(0) K xn (0)]T xi(0)= xi0, i =1,n. (1.4) Необходимо найти управление в виде u = h(x), (1.5) где h(x) вектор-функция, h(x)= [h1(x) K hm(x)]T.

Каждая компонента hi(x) может принимать целочисленное значение из определенного ограниченного множества целых чисел hi(x){0,1,K,u+}.

j Решением задачи является множество Парето оптимальных решений ~ ~ ={h1(x),K,hK (x)}. (1.6) ~ ~ hi(x), J(hi(x)) J(h(x)), (1.7) ~ ~ ~ где J(hi(x))=[J1(hi(x)) K JD(hi(x))]T, J(h(x))= [J1(h(x)) K JD(h(x))]T.

~ Если J(hi(x)) J(h(x)), то ~ ~ J (hi(x)) J (h(x)), j =1, D, и Jl(hi(x))< Jl (h(x)), 1 l D. (1.8) j j Задача (1.1)-(1.8) является задачей многокритериального синтеза логического управления. Для решения данной задачи необходимо получить набор логических функций hi(x), i =1,m.

Во втором разделе приведено описание метода логического сетевого оператора, который используется для решения задачи синтеза системы логического управления. В результате использования метода синтеза для задач логического управления мы должны получить вектор управления, компоненты которого принимают целочисленные значения из небольшого диапазона. Сами целочисленные значения можно трактовать как логические выводы. При использовании только двух значений управления 0 и 1, логический вывод имеет обычную трактовку, например «истина»-«ложь», или для логического релейного управления «включить»-«выключить» В этом случае полученная синтезирующая функция является предикатом.

Для значений управления из более широкого, чем множество {0,1}, набора целых чисел синтезирующую функцию можно трактовать как функцию многозначной логики с соответствующими значениями, например, для трех значений {0,1,2} «истина»-«ложь»-«неопределенность».

При использовании метода сетевого оператора для синтеза логического управления необходимо учитывать целочисленный характер значений компонент управления, поэтому сетевой оператор должен использовать другой набор конструктивный множеств, в отличие от синтеза непрерывного управления.

Определим множества целочисленных унарных и бинарных операций O1 = (1(z)= z,K,W (z)), (2.1) O2 = (0(z,z ),K,V -1(z,z )), (2.2) Множества унарных и бинарных операций приведены в табл. 2.1 и 2.2, соответственно.

Таблица 2.1.

Унарные логические операции 1(z) = z 2(z)= (z + 1)mod z+ -1, если z = 0, z+ 3(z)= z -1 - иначе, 4(z)= z+ -1 - z 2z, если 2z < z+, 5(z)= z+ -1 (2z)mod z+ - иначе, z 7(z)= z 8(z)= Таблица 2.Бинарные логические операции Операция Единичный элемент 0(z,z )= max{z,z } z+ 1(z,z )= min{z,z } z + z, если z + z < z+, 2(z,z )= z+ -1 - + z (z )mod z+ - иначе, z z, если z z < z+, 3(z,z )= z+ -1 - z (z )mod z+ - иначе, В таблицах z+ = u+ +1. В множестве целочисленных унарных операций обязательно должна присутствовать тождественная операция 1(z) = z.

Бинарные операции должны удовлетворять свойствам ассоциативности и коммутативности.

Пусть аргумент функции принимает, только два значения, u+ =1.

Оставим в табл. 2.1 и 2.2 первые две функции, получим логический сетевой оператор для представления логической функции исчисления высказываний:

1(z) = z, (2.3) 2(z)= (z + 1)mod z+ = ¬z = z, (2.4) 0(z,z )= max{z,z }= z z = z + z, (2.5) 1(z,z )= min{z,z }= z z = z z, (2.6) где z,z,z {0,1}.

При построении логического сетевого оператора для логической функции выполняем по тем же правилам, что и построение обычного арифметического сетевого оператора. Для построения графа для логической функции первоначально необходимо построить программную запись логической функции. Если программная запись не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к графической записи, то с помощью введения в программную запись дополнительных унарных тождественных операций и бинарных операций с единичным элементом строим графическую запись. По графической записи строим граф сетевого оператора. После нумерации узлов графа в указанном порядке, когда узел, откуда дуга выходит, имеет меньше номер узла, куда дуга входит, из матрицы смежности графа строим матрицу логического сетевого оператора.

В качестве примера рассмотрим логическую функцию в нормальной дизъюнктивной форме y = x1x2 + x3x4.

Программная запись приведенной логической функции имеет вид y = 0(1(x1,2(x2)),1(x3,x4)).

Графическая запись имеет вид y = 0(1(1(1(x1),2(x2))),1(1(1(x3),1(x4)))).

Граф сетевого оператора примера логической функции приведен рис. 2.1.

Рис. 2.1. Пример логического сетевого оператора Матрица логического сетевого оператора для рассматриваемого примера логической функции имеет вид 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 2 0, 0 0 0 0 0 1 = 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 где ненулевые цифры над главной диагональю указывают номера логических бинарных операций из табл. 2.1, а цифры на главной диагонали указывают на номера бинарных операций из табл. 2.1.

Особенностью задачи синтеза системы логического управления является получение в качестве решения целочисленной функции. Значение функции является вектором, компоненты которого на каждом такте k управления принимают целые значения из ограниченных множеств чисел u(k)= [u1(k) K um(k)]T, ui(k)Ui ={0,K,ui+}, i =1,m. (2.7) Для синтеза целочисленной функции управления введем дискретизацию значения вектора потока.

Рассмотрим один из методов дискретизации. По максимальному значению управления определим максимальное целое значение для синтезирующей функции u+ = max{ui+ : i =1,m}, (2.8) i Введем целочисленный вектор потока z(k)= [z1(k) K zn(k)]T, zi(k){0,K,u+}, i =1,n. (2.9) Для определения значения целочисленного вектора потока используем на каждом такте соотношения xi(k) zi(k)=, i =1,n, (2.10) i где xi+ u+, если xi+,, (2.11) i = x (0) - иначе.

Pages:     || 2 | 3 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.