Inteligentni regulatori zasnovani na adaptivnom dinamičkom programiranju

Abstract

Određivanje tačnog modela je veoma izazovan i dugotrajan posao u većini praktičnih slučajeva, što algoritme upravljanja koji su zasnovani na modelu čini neizvodljivim. Čak i ako se može dobiti aproksimirani model sistema, dinamička neodređenost, prouzrokovana neslaganjem aproksimacije i realnog sistema, će degradirati performanse upravljanja klasično projektovanih regulatora. Stoga je projektovanje inteligentnih regulatora vođenih podacima, koji su robusni, adaptivni i pouzdani u prisustvu razčičitih neodređenosti i nepoznate dinamike, od primarnog značaja. U ovoj tezi se najpre predlažu inteligentni regulatori zasnovani na ADP-u linearnih sistema. Kod klasičnih algoritama upravljanja zasnovanih na ADP-u, uobičajeno se pretpostavlja da su promenljive veličine stanja merljive. Međutim, ova pretpostavka je generalno restriktivna, jer u mnogim inženjerskim primenama često nedostaje potpuna informacija o stanju, i samo je izlaz dostupan za merenje. U uslovima nepoznate dinamike sistema i nemerljivih stanja, od velikog interesa je korišćenje tehnika upravljanja zasnovanih na ulazno/izlaznim merenjima, koje se još nazivaju i tehnike sa povratnom spregom po izlazu. Takođe, stabilnost dinamičkih sistema se postiže putem povratne sprege po izlazu, pri čemu se za rekonstrukciju nepoznatih veličina stanja koriste ulazna i izlazna merenja. Da bi se ispunili zahtevi perzistente pobude, potrebno je dodati neki istraživački šum upravljačkom ulazu. Primenom teorije planiranja eksperimenta, u tezi se primenjuje optimalni istraživački šum u vidu sume sinusoida, koji će omogućiti da izlaz sistema nosi maksimum informacije o sistemu. Time će biti skraćeno vreme učenja, odnosno ubrzan proces projektovanja inteligentnih regulatora. Implementacijom strategije upravljanja koji su pokrenuti događajima smanjuje se broj uključivanja predloženih inteligentnih regulatora, čime se štede energetski, računski i komunikacioni resursi. Predložena strategija upravljanja će unaprediti algoritme upravljanja tolerantne na otkaze, čime su poboljšane performanse sistema upravljanja u slučaju pojave otkaza. Praktična primenljivost predloženih inteligentnih regulatora je povećana činjenicom da se nelinearni sistemi mogu verno predstaviti linearnim modelima sa estimacijom dinamike u realnom vremenu. Projektovani regulatori su sposobni da upravljaju linearnim i nelinearnim sistemima sa potpuno nepoznatim matricama sistema, a eksponencijalna konvergencija se postiže dok je uslov perzistentne pobude zadovoljen. Pored teorijskih okvira, praktični aspekt dobijenih rezultata je verifikovan na komleksnim inženjerskim problemima, kao što je upravljanje hidrauličkog servo aktuatora i samobalansirajućeg robota. Validnost i efektivnost predloženih inteligentih regulatora zasnovanih na ADP-u se evaluira kroz intenzivne simulacije.