Метод построения модели нейрорегулятора при оптимизации структуры управления технологическим циклом

Abstract

Цель работы, результаты которой представлены в рамках данной статьи, состояла в разработке метода построения модели нейрорегулятора для случая оптимизации структуры управления технологическим циклом, реализация которого осуществляется на базе средств автоматизации производственного процесса при наличии физического контроллера, который осуществляет управление технологическим процессом в соответствии с заданной программой. Для достижения поставленной цели были решены задачи, связанные с применением нейросетевых технологий при построении математической модели нейрорегулятора. При этом математическая модель нейрорегулятора разработана на основе физического прототипа, а процедура синтеза управления в режиме реального времени (адаптивного управления) основана на процедуре обучения рекуррентной нейронной сети, построенной с использованием блоков LSTM, которые имеют возможность хранить информацию в течение длительного времени. Предложен метод построения модели нейрорегулятора для реализации управления технологическим циклом производства при решении задачи поиска оптимальной траектории на фазовой плоскости параметров состояний технологического цикла. В рассматриваемой задаче поиска оптимальной траектории математическая модель нейрорегулятора в каждый момент времени получает информацию о текущем состоянии системы, данные о смежных состояниях объекта управления и направление движения по фазовой плоскости состояний, которое определяется действующими критериями оптимизации управления. С учетом полученных результатов установлено, что рекуррентные сети с LSTM-модулями могут успешно применяться в качестве аппроксиматора Q-функции агента для решения поставленной задачи в условиях, когда частично наблюдаемая область состояний системы имеет сложную структуру. Выбор предложенного в работе метода адаптации к управляющим воздействиям и внешним возмущениям окружающей среды удовлетворяет требованиям к быстродействию процесса адаптации, равно как и требованиям к качеству процессов управления для случаев, когда актуальная информация о природе случайных возмущений управления отсутствует. Среда для проведения экспериментов, а также модели нейронных сетей реализованы на языке программирования Python с использованием библиотеки TensorFlow.