vrgupВестник Ростовского государственного университета путей сообщенияVestnik Rostovskogo Gosudarstvennogo Universiteta Putej Soobshcheniya0201-727XРостовский государственный университет путей сообщения10.46973/0201-727X_2024_3_119vrgup-15Research ArticleМОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ И ПРОЦЕССОВMODELING SYSTEMS AND PROCESSESСинтез интеллектуального закона управления электровозом на основе редукции задачи Лагранжа к изопериметрической задачеSynthesis of an intelligent law of electric locomotive control based on the reduction of the Lagrange problem to an isoperimetric problemЛазаренкоС. В.LazarenkoS. V.

Лазаренко Сергей Валерьевич, кафедра «Связь на железнодорожном транспорте», кандидат технических наук, доцент

Lazarenko Sergey Valeryevich, Chair «Communication on Railway Transport», Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor

lazarenkosv@icloud.comРостовский государственный университет путей сообщения (РГУПС)Rostov State Transport University (RSTU)20243009202403119–129Copyright © Лазаренко С.В., 20242024Лазаренко С.В.Lazarenko S.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.rgups.ru/jour/article/view/15

Процесс функционирования интеллектуальной информационно-управляющей системы представляется семантической сетью типовых ситуаций, каждую из которых возможно описать семантической сетью проблемных субситуаций с соответствующими оптимизационными задачами. Когда динамика протекающих процессов удовлетворяет принципу Гамильтона – Остроградского, синтез управлений на основе редукции задачи Лагранжа к изопериметрической задаче приводит к двухточечной краевой задаче, откуда следует множество квазиоптимальных структур управлений. Они могут стать основой построения базы правил. В работе синтезирован один из вариантов закона управления, где для исключения неопределенности выбора его параметра в соответствии с проблемной субституцией использована нечеткая логика. Конструктивность синтезированного интеллектуального закона управления продемонстрирована на примере решения задачи стабилизации скорости поезда с единственным электровозом.

The process of functioning of an intelligent information and control system is represented by a semantic network of typical situations, each of which can be described by a semantic network of problem subsituations with corresponding optimization tasks. When the dynamics of the ongoing processes satisfies the Hamilton-Ostrogradsky principle, the synthesis of controls on the basis of the reduction of the Lagrange problem to an isoperimetric problem leads to a two-point boundary value problem, from which follows a set of quasi-optimal control structures. They can form the basis for the construction of a rule base. In this re-search paper, one of the variants of the control law is synthesized, where fuzzy logic is used to eliminate the uncertainty of the choice of its parameter according to the problem substitution. The constructiveness of the synthesized intelligent control law is demonstrated by the example of solving the problem of stabilizing the speed of a train with a single electric locomotive.

закон управленияпараметрическая адаптацияпроблемная субситуациясинтезоптимизацияусловие максимума функции обобщенной мощностинечеткая логикауравнения Лагранжа второго рода.control lawparametric adaptationproblem substitutionsynthesisoptimizationmaximum condition for the generalized power functionfuzzy logicLagrange equations of the second kind.Работа подготовлена в рамках научной темы «Разработка беспилотных технологий на основе комплексной поэтапной оптимизации с редукцией экстремальных задач и инструментов нейро-нечеткого моделирования (FZNE-2022-0006)».ReferencesИванов, Н. М. Назначение и состав баллистико-навигационного обеспечения в структуре технологии управления космическим полетом / Н. М. Иванов, Л. Н. Лысенко // Известия РАН. Теория и системы управления. – 2004. – № 2. – С. 137–150. – ISSN 1029-3620.Ivanov, N. M. The goal and structure of ballistic and navigational support in the structure of space flight control technology / N. M. Ivanov, L. N. Lysenko // Bulletin of the Russian Academy of Sciences. Theory and Control Systems. – 2004. – No. 2. – P. 288–301. – ISSN 1064-2307.Федунов, Б. Е. Бортовые оперативно-советующие системы для антропоцентрических объектов / Б. Е. Федунов // Известия РАН. Теория и системы управления. – 2003. – № 6. – С. 145–152. – ISSN 1029-3620.Fedunov, B. E. Onboard operational-advisory systems for anthropocentric objects / B. E. Fedunov // Bulletin of the Russian Academy of Sciences. Theory and Control Systems. – 2003. – No. 6. – P. 966–972. – ISSN 1064-2307.Федунов, Б. Е. Проблемы разработки бортовых оперативно-советующих экспертных систем для антропоцентрических объектов / Б. Е. Федунов // Известия РАН. Теория и системы управления. – 1996. – № 5. – С. 147–159. – ISSN 1029-3620.Fedunov, B. E. Problems of the development of on-board operational-advisory expert systems for anthropocentric objects / B. E. Fedunov // Bulletin of the Russian Academy of Sciences. Theory and Control Systems. – 1996. – No. 5. – P. 147–159. – ISSN 1064-2307.Принципы построения и модели системы автоматического управления вторым локомотивом при виртуальной сцепке / Л. А. Баранов, П. Ф. Бестемьянов, Е. П. Балакина, О. Е. Пудовиков // Автоматика на транспорте. – 2022. – Т. 8, № 4. – С. 377–388. – DOI 10.20295/2412-9186-2022-8-04-377-388.Design principles and models of automatic control system for the second locomotive with virtual coupling / L. A. Baranov, P. F. Bestemyanov, E. P. Balakina, O. E. Pudovikov // Automation in transport. – 2022. – Vol. 8, No. 4. – P. 377–388. – DOI 10.20295/2412-9186-2022-8-04-377-388.Минимизация расхода энергии на тягу поездов внеуличного городского транспорта / Л. А. Баранов, В. Г. Сидоренко, Е. П. Балакина, А. И. Сафронов // Электротехника. – 2021. – № 9. – С. 26–34. – DOI 10.53891/00135860_2021_9_26.Minimization of energy consumption for traction of trains of off-street urban transport / L. A. Baranov, V. G. Sidorenko, E. P. Balakina, A. I. Safronov // Electrotechnics. – 2021. – No. 9. – P. 26– 34. – DOI 10.53891/00135860_2021_9_26.Furtat, I. B. Robust adaptive control with disturbances compensation : 12th IFAC Workshop on Adaptation and Learning in Control and Signal Processing ALCOSP 2016 / I. B. Furtat, J. V. Chugina // IFAC-PapersOnLine. – 2016. – Vol. 49, No. 13. – P. 117–122. – DOI 10.1016/j.ifacol.2016.07.937.Furtat, I. B. Robust adaptive control with disturbances compensation : 12th IFAC Workshop on Adaptation and Learning in Control and Signal Processing ALCOSP 2016 / I. B. Furtat, J. V. Chugina // IFAC-PapersOnLine. – 2016. – Vol. 49, No. 13. – P. 117–122. – DOI 10.1016/j.ifacol.2016.07.937.Ананьевский, И. М. Непрерывное управление механической системой на основе метода декомпозиции / И. М. Ананьевский, С. А. Решмин // Известия РАН. Теория и системы управления. – 2014. – № 4. – С. 3–17. – DOI 10.7868/S0002338814040027.Ananevskii, I. M. Continuous control of a mechanical system based on the decomposition method / I. M. Ananevskii, S. A. Reshmin // Bulletin of the Russian Academy of Sciences. Theory and Control Systems. – 2014. – No. 4. – P. 3–17. – DOI 10.7868/S0002338814040027.Пятницкий, Е. С. Синтез иерархических систем управления механическими и электромеханическими объектами на принципе декомпозиции. I / Е. С. Пятницкий // Автоматика и телемеханика. – 1989. – Т. 50, № 1. – С. 87–99. – ISSN 0005-1179.Pyatnitsky, E. S. Synthesis of hierarchical control systems for mechanical and electromechanical objects based on the principle of decomposition. I / E. S. Pyatnitsky // Automation and telemechanics. – 1989. – Vol. 50, No. 1. – P. 87–99. – ISSN 0005-1179.Костоглотов, А. А. Метод квазиоптимального синтеза законов управления на основе редукции задачи Лагранжа к изопериметрической задаче с использованием асинхронного варьирования / А. А. Костоглотов, С. В. Лазаренко // Известия РАН. Теория и системы управления. – 2021. – Т. 6, № 6. – С. 3–12. – DOI 10.31857/S0002338821060111.Kostoglotov, А. А. Method of quasi-optimal synthesis of control laws based on the reduction of the Lagrange problem to the isoperimetric problem using asynchronous variation / А. А. Kostoglotov, S. V. Lazarenko // Bulletin of the Russian Academy of Sciences. Theory and Control Systems. – 2021. – Vol. 6, No. 6. – P. 3–12. – DOI 10.31857/S0002338821060111.Голубев, Ю. Ф. Метод Охоцимского – Понтрягина в теории управления и аналитической механике. Часть 1 : Метод Охоцимского – Понтрягина в аналитической механике / Ю. Ф. Голубев // Вестник Московского университета. Серия 1 : Математика. Механика. – 2008. – № 6. – С. 38–44. – ISSN 0579-9368.Golubev, Yu. F. The Okhotsimskii – Pontryagin method in control theory and analytical mechanics. Part 1 : Okhotsimskii – Pontryagin method in analytical mechanics / Yu. F. Golubev // Moscow University Bulletin. Series 1 : Mathematics. Mechanics. – 2008. – No. 6. – P. 38–44. – ISSN 0579-9368.Костоглотов, А. А. Синтез модели процесса с нестационарными возмущениями на основе максимума функции обобщенной мощности / А. А. Костоглотов, А. А. Кузнецов, С. В. Лазаренко // Математическое моделирование. – 2016. – № 12. – С. 133–142. – ISSN 0234-0879.Kostoglotov, А. А. Synthesis of a process model with non-stationary disturbances based on the maximum of the generalized power function / А. А. Kostoglotov, А. А. Kuznetsov, S. V. Lazarenko // Mathematical Modeling. – 2016. – No. 12. – P. 133–142. – ISSN 0234-0879.Агапов, А. А. Возможность использования интеллектуального алгоритма управления на основе условия максимума функции обобщенной мощности в системе автоматического регулирования скорости электровоза / А. А. Агапов, А. А. Зарифьян (мл.) // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. – 2023. – № 3 (91). – С. 28–34. – DOI 10.46973/0201-727X_2023_3_28.Agapov, А. А. The possibility of using an intelligent control algorithm based on the maximum condition of the generalized power function in the system of automatic speed control of an electric locomotive / А. А. Agapov, А. А. Jr. Zarifyan // Vestnik Rostovskogo Gosudarstvennogo Universiteta Putey Soobshcheniya. – 2023. – No. 3. – P. 28–34. – DOI 10.46973/0201-727X_2023_3_28.Андрашитов, Д. С. Метод синтеза интеллектуальных управлений на основе анализа поведения динамических мер на гиперповерхности переключения в областях фазового пространства с нечеткими границами / Д. С. Андра-шитов, А. А. Костоглотов, С. В. Лазаренко // Нейрокомпьютеры : разработка, применение. – 2020. – № 1. – С. 46–54. – DOI 10.18127/j19998554-202001-05.Andrashitov D. S. The method for synthesis of intelligent controls based on the analysis of the behavior of dynamic measures on a switching hypersurface in regions of phase space with fuzzy boundaries / D. S. Andrashitov, А. А. Kostoglotov, S.V. Lazarenko // Neurocomputers: development, application. – 2020. – No. 1. – P. 46–54. – DOI 10.18127/j19998554-202001-05.Пегат, А. Нечеткое моделирование и управление / А. Пегат. – Москва : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013. – 798 с. – ISBN 978-5-9963-1495-9.Pegat, A. Fuzzy modeling and control / A. Pegat. – Moscow : BINOM. Knowledge Laboratory, 2013. – 798 p. – ISBN 978-5-9963-1495-9.Кузнецов, Н. В. Методы подавления нелинейных колебаний в астатических системах автопилотирования летательных аппаратов / Б. Р. Андриевский, Н. В. Кузнецов, Г. А. Леонов // Известия РАН. Теория и системы управления. – 2017. – № 3. – С. 455–470. – DOI 10.1134/S1064230717030042.Kuznetsov, N. V. Methods for suppressing nonlinear oscillations in astatic autopilot systems of aircraft / B. R. Andrievsky, N. V. Kuznetsov, G. A. Leonov // Bulletin of the Russian Academy of Sciences. Theory and Control Systems. – 2017. – No. 3. – P. 455–470. – DOI 10.1134/S1064230717030042.Анализ и синтез нелинейных многорежимных законов управления с использованием объединенного принципа максимума / А. А. Агапов, А. А. Костоглотов, С. В. Лазаренко [и др.] // Brief Summary of the Journal. – 2019. – № 1. – P. 119–125. – DOI 10.46973/0201-727X_2023_3_28.Analysis and synthesis of nonlinear multi-mode control laws using the united maximum principle / А. А. Agapov, A. A. Kostoglotov, S. V. Lazarenko [et al.] // Brief Summary of the Journal. – 2019. – No. 1. – P. 119–125. – DOI 10.46973/0201-727X_2023_3_28.Алгоритм адаптивной настройки параметров линейного дискретного фильтра с использованием нечеткой экспертной системы / А. В. Елисеев, К. В. Ануфриев, Р. А. Погорелов, Д. Э. Рубайло // Радиотехника. – 2019. – № 7. – С. 89–102. – DOI 10.18127/j00338486-201907(9)-10.17 The algorithm of adaptive adjustment of the pa-rameters of the linear discrete filter using fuzzy ex-pert system / А. V. Eliseev, K. V. Anufriev, R. A. Pogorelov, D. E. Rubailo // Radio engineer-ing. – 2019. – No. 7. – P. 89–102. – DOI 10.18127/j00338486-201907(9)-10.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.