УДК 629.4.016.12

Иванов А.П.,

Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта им. акад. В. Лазаряна

УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ВЫБОРА РЕЖИМОВ

НЕЧЕТКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Представлен способ решения задачи управления движением поезда. Предложен подход, использующий нечеткие модели и методы представления, анализа и выбора управлений. Полученную в ходе обучения базу нечетких правил, по сути, заменяющую собой модель управления движением поезда, можно использовать в форме советчика машиниста для выбора управления на очередном участке пути с учетом условий неопределенности.

Железнодорожный транспорт один из значительных потребителей топливно-энергетических ресурсов Украины. Одним из эффективных путей экономии энергоресурсов является внедрение энергетически-оптимальных графиков движений поездов (расчет времен хода по участкам) и оптимальных режимов ведения поездов на главных направлениях железных дорог Украины.

Проблема выбора рациональных режимов ведения поездов остается одной из самых актуальных и сложных для железнодорожного транспорта. При формализации постановок задач управления движением поезда необходимо учитывать разнообразные факторы. Влияние условий процесса движения поезда по переменному профилю пути, сопротивление движению, переменность напряжения в тяговой сети, изменение тарифа на оплату и прочее. Сложность задачи организации оптимального ведения поезда в первую очередь определяется полнотой учета совокупности факторов характеризующих участок, силы и модель поезда.

При расчетах режимов управления использовано множество величин, значения которых точно не известны, или же их измерение требует больших затрат. На практике надежной основой для оценки и расчетов рациональных режимов ведения поездов являются опытные поездки, представляющие выполненные фактически режимы тяги. Рассмотрим задачу выбора рационального режима тяги локомотива на основе построения базы нечетких правил экспертных систем по данным опытных поездок и организации нечеткого вывода. Такие правила управления учитывают отклонения фактических состояний от оптимальной режимной карты для эталонного случая, рассчитанной для поезда заданной массы на заданном перегоне (эталонный режим). Эталонными режимами служат данные о фактических поездках или же расчеты согласно существующим математическим моделям. Для моделирования опытных поездок использовались расчеты режимов тяги поездов с разными массами, разным напряжением на токоприемнике, при различных ограничениях по скорости и изменением других параметров.

При формировании правил установлены такие параметры, являющиеся посылками, как: Dti - разница по времени движения на участке «i», для характеристики которого введены значения нечетких величин Tp: «отставание (сильное, слабое, отсутствует)» и «опережение (отсутствует, слабое, сильное)», DVi - отклонение скорости для участка «i», величина Vp со значениями: «сильное, отсутствует, слабое». Dm - разница массы поезда опытной траектории и поезда из эталонной поездки, величина Mp. Si - участок пути, или номера пикетов, величина Sp, где i = 0, 1.. n - это количество точек опытной траектории для одного перегона. Нечеткие правила объединяют все посылки, а заключением является величина DUi - количество позиций контролера, относительно текущего положения, которые обеспечивают управление, близкое к оптимальному на некотором i-том участке пути.

На следующем шаге выполняется формирование базы правил. При этом каждое значение из обучающей выборки эталонных режимов тяги сопоставляется со значениями нечеткой характеристики и заменяется той, значения которой имеют максимальную степень принадлежности среди всех заданных в области.

На рис. 1  показано как система, основанная на выводе из базы нечетких правил, производила корректировку управления в контрольной поездке. Пунктирная линия представляет рекомендуемое управление, которое нужно задать машинисту локомотива, чтобы движение поезда приблизилось к показателям заданного эталонного управления. Из графика видно, что рекомендуемое системой управление стремится увеличить скорость движения. Это связано с тем, что в качестве контрольной  была взята поездка с опозданием, поэтому повышение скорости приближает ее к оптимальному управлению.

Зависимости между входными параметрами опытных данных преобразуются в нечеткие правила, которые еще и дополняются значением вероятности появления конкретных значений параметров. Полученная модификация аппарата нечеткого вывода позволит более точно учесть результаты опытных поездок, за счет дополнения статистической информацией о реализации входных параметров. Выполненные исследования показали достаточную точность результатов моделирования задачи выбора режимов управления локомотивом. Полученную базу нечетких правил, заменяющую собой модель движения поезда, можно использовать в форме советчика машиниста для выбора управления на очередном участке пути с учетом условий неопределенности.