3.6.4. СИСТЕМА АВТОВОЖДЕНИЯ ПОЕЗДА НА ОСНОВЕ НЕЧЕТКОГО УПРАВЛЕНИЯ С ПРОГНОЗИРОВАНИЕМ

Для того чтобы представить в компьютере эмпирические правила машиниста, изложенные в разд. 3.6.2, в виде правил нечеткого управления, необходимо определить, с помощью каких нечетких множеств будут количественно определяться оценки целей управления, входящие в эмпирические правила: безопасность, комфортабельность, экономия электроэнергии, скорость движения, время в пути и точность остановки. Прежде всего с помощью нечетких множеств, показанных на рис. 3.49, дадим количественное представление словесного описания показателей оценки, соответствующим целям управления, затем эмпирические правила сформулируем в виде правил нечеткого управления.

Нечеткие множества показателей оценки

1. Определение показателя оценки безопасности (S). Главная безопасность - предотвращение столкновения с идущим впереди поездом - гарантируется САУ, занимающей верхний уровень системы автовождения поездов. В случае превышения

Рис. 3.49. Показатели оценки автовождения поезда на основе нечеткого управления.

предельной скорости САУ обеспечйвает экстренное торможение и снижает скорость поезда. Если впереди имеется участок пути, на котором предельная скорость окажется ниже текущей, то, принимая в качестве цели смягчение толчка от экстренного торможения при въезде на этот участок, производится оценка опасности в течение времени, необходимого для достижения пункта, где предельная скорость снижается. Если этот промежуток времени большой, показатель оценки определяется как «безопасность хорошая: S есть G»; если малый, то «безопасность плохая: S есть В».

2. Определение показателя оценки комфортабельности (С). При автовождении поезда ставится задача управления без толчков поезда в направлении движения и обеспечения высокой комфортабельности для пассажиров. Критерием количественной оценки комфортабельности могут служить толчки вследствие периодических изменений ускорения. Однако возникают трудности в измерении величины толчков и организации обратной связи. Поэтому, учитывая, что при частых изменениях позиции управления пассажиры испытываю!

толчки большой амплитуды и комфортабельность снижается, уровень комфортабельности можно оценивать по времени, прошедшему после последнего изменения позиции, т.е. времени, когда позиция остается неизменной. В этом случае показатель оценки при большом промежутке времени после последнего изменения позиции управления определяется как «хорошая комфортабельность: С есть G»; при малом - «плохая комфортабельность: С есть В».

3. Определение показателя оценки экономии электроэнергии Экономия электроэнергии достигается тогда, когда отсутствует переход на позиции управления, а движение осуществляется по инерции. В случае движения по инерции, естественно, увеличивается время в пути. Поэтому будем считать известным приращение времени в пути при движении по инерции до некоторого пункта, и если существует возможность экономии электроэнергии в определенных пунктах между станциями, от текущего положения поезда до соответствующего пункта можно переходить на движение по инерции. Таким образом, на участке с движением по инерции оценочный показатель определяется как «хорошая экономия электроэнергии: Е есть ».

4. Определение показателя оценки скорости (7). Скорость должна быть несколько ниже предельной и находиться в определенном диапазоне. Оценка скорости характеризует не текущую скорость, а значение в случае сохранения текущей позиции управления или значение в случае изменения позиции. Поэтому скорость поезда оценивается спустя 2-3 с после предполагаемого изменения позиции. Для случая, когда прогнозируемая скорость близка к оптимальной и немного меньше предельной, показатель оценки определяется как «скорость движения хорошая: Тесть G», при совпадении этих скоростей - «скорость движения очень хорошая: Г есть VG», а в случае, когда прогнозируемая скорость гораздо меньше предельной, - «скорость движения плохая: Т есть В».

5. Определение показателя оценки времени в пути (R). Время в пути в значительной степени зависит от снижения скорости во время торможения при остановках на станциях. Обычно учитываются характеристики торможения состава, и в соответствии со скоростью поезда определяется точка начала торможения (пункт В). Если управление остановкой начинается до пункта В, снижение скорости за счет торможения идет медленнее и время в пути увеличивается. Поэтому

показатель оценки определяется как «время в пути очень плохое: R есть VB», если торможение начинается задолго до пункта В; «время в пути среднее: R есть М», если торможение началось почти у пункта В; «время пробега очень хорошее: R есть VG», если торможение началось после пункта В.

6. Определение показателя оценки точности остановки (А). Исходя из текущей скорости поезда и его местонахождения, делается прогноз о том, где произойдет остановка, если сохранить текущую позицию торможения или если увеличить или уменьшить торможение. Точность остановки оценивается по прогнозируемой точке остановки по отношению к знаку остановки. Показатель оценки определяется как «точность остановки хорошая: А есть G», если прогнозируемая точка находится вблизи знака остановки, или «точность остановки очень хорошая: А есть VG», если прогнозируемая точка и положение знака совпадают.

Определение правил нечеткого управления

С использованием данных показателей оценки эмпирические правила вождения поезда, описанные на качественном уровне в разд. 3.6.2, формулируются в виде правил нечеткого управления. Ниже DN означает число изменения позиции управления по отношению к текущей, позицию и разгона, - позицию торможения. Кроме того, экстренное торможение обозначается Втах, а команда максимального ускорения -

Например, эмпирическое правило улучшения комфортабельности и точности остановки (правило Т-4 управления остановкой в заданном месте) можно записать в виде формулы нечеткого управления с прогнозированием: «если при увеличении торможения на позиций время в пути и комфортабельность становятся хорошими, а точность остановки очень хорошей, то увеличить торможение на позиций». Установив соответствие:

увеличение торможения на позиций есть и,

время в пути хорошее есть

комфортабельность хорошая - С есть

точность остановки очень хорошая есть

правило нечеткого управления с прогнозированием можно

записать в следующем виде:

Аналогично можно записать другие эмпирические правила определяющие правила нечеткого управления с прогнозированием для управления остановкой:

Аналогично формулируются правила управления движением между станциями:

Реализация нечеткого управления

Динамические характеристики поезда определяются постоянной времени системы торможения, составляющей с. Кроме того, технические данные в значительной степени зависят от массы поезда, меняющейся в свою очередь в зависимости от числа пассажиров. Поэтому приведенные выше нечеткие выводы выполняются в данной системе через каждые 0,1 с, и если изменение позиции управления отсутствует в течение более 2 с, рассчитываются параметры управления устройствами привода и торможения в соответствии с данной позицией управления. Команды управления, получаемые время от времени по правилам управления движением между станциями и остановкой в заданном месте, можно достаточно гибко адаптировать к изменениям ситуации, например во время управления остановкой снижать скорость в зависимости от скорости впереди идущего поезда, выбирая позицию более резкого торможения.