novtexmechМехатроника, автоматизация, управлениеMekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie1684-64272619-1253Commercial Publisher «New Technologies»10.17587/mau/19.762-769novtexmech-548Research ArticleСИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИSYSTEM ANALYSIS, CONTROL AND INFORMATION PROCESSINGНекоторые проблемные аспекты нечеткого ПИД регулированияSertain Problematic Aspects of Fuzzy PID RegulationФилимоновА. Б.FilimonovA. B.

Доктор технических наук, профессор

filimon_ab@mail.ruФилимоновН. Б.FilimonovN. B.

Доктор технических наук, профессор

nbfilimonov@mail.ruМИРЭА — Российский технологический университетРоссияLomonosov Moscow State UniversityRussian FederationМГУ им. М. В. Ломоносова; ИПУ им. В. А. Трапезникова РАНРоссияLomonosov Moscow State UniversityRussian Federation2018071220181912762769Copyright © Commercial Publisher «New Technologies», 20182018Commercial Publisher «New Technologies»Commercial Publisher «New Technologies»https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://mech.novtex.ru/jour/article/view/548

В последнее время на волне возросшего интереса к технологиям искусственного интеллекта в системах управления техническими объектами и технологическими процессами все чаще находят применение нечеткие регуляторы. Данные регуляторы осуществляют процесс выработки управляющих воздействий на базе нечеткой логики, применение которой обеспечивает проектирование систем управления, способных функционировать в условиях неполноты и нечеткости знаний о динамике объекта управления.

Нечеткие регуляторы открыли новое направление в области автоматического управления и, согласно мнению многих специалистов, имеют многообещающее будущее.

В настоящей работе анализируются динамические характеристики и алгоритмические особенности систем нечеткого ПИД регулирования, проводится сравнение качества процессов четкого и нечеткого регулирования.

Проведенный анализ позволяет констатировать отсутствие каких-либо реальных преимуществ нечетких регуляторов по сравнению с классическими четкими регуляторами. Более того, можно выделить ряд проблемных аспектов методологии нечеткого регулирования, важных для практической автоматики:

In recent years in view of the fact that the interest in the technologies of artificial intelligence in control systems by technical objects and technological processes are aroused, that fuzzy controllers find use more often. The given regulators carry out the process of the development of controlling actions on the basis of fuzzy logic, the application of which provides the design of control systems capable of functioning in conditions of incompleteness and fuzziness of knowledge about the dynamics of the control object. Fuzzy regulators have opened a new direction in the area of automatic control and according to many experts have a promising future. The given paper analyzes the dynamic characteristics and algorithmic singularities of fuzzy PID-regulation systems, compares the quality of clear and fuzzy regulation. The conducted analysis allows to state the absence of any real advantages of fuzzy regulators in comparison with classic clear regulators. Moreover, it is possible to distinguish a number of problematic aspects of fuzzy regulation methodology, important for practical automation:

нечеткая логикаПИД регуляторыалгоритм нечеткого вывода Мамданианализ процессов регулированияэффективность алгоритмов регулированияfuzzy logicPID-regulatorsalgorithm of fuzzy inference of Mamdanianalysis of control processesefficiency of regulation algorithmsRussian Foundation for Basic Research (Project No. 16-08-00313-a)ReferencesFuzzy Sets, Fuzzy Logic, and Fuzzy Systems: Selected Papers by Lotfi A Zadeh (Advances in Fuzzy Systems — Applications and Theory: Vol. 6). Klir G. J. and Yuan B. ed. New York: World Scientific Pres, 1996. 840 p.Fuzzy Sets, Fuzzy Logic, and Fuzzy Systems: Selected Papers by Lotfi A Zadeh (Advances in Fuzzy Systems — Applications and Theory: vol. 6), Klir G. J. and Yuan B. ed., New York, World Scientific Pres, 1996.Асаи К., Ватада Д., Иваи С. и др. Прикладные нечеткие системы. Под ред Т. Тэрано, К. Асаи, М. Сугэно. М.: Мир, 1993. 368 с.Asai K., Vatada D., Ivai S. i dr. Prikladnye nechetkie sistemy (Applied fuzzy systems), T. Tehrano, K. Asai, M. Sugehno ed., Moscow, Mir, 1993 (in Russian).Ross T. J. Fuzzy Logic with Engineering Applications, Hoboken, NJ: Wiley, 2016. 580 p.Ross T. J. Fuzzy Logic with Engineering Applications, Hoboken, NJ, Wiley, 2016.Passino K. M., Yurkovich S. Fuzzy Control. Addison Wesley Longman, Menio Park, CA, 1998. 522 p.Passino K. M., Yurkovich S. Fuzzy Control, Addison Wesley Longman, Menio Park, CA, 1998.Деменков Н. П. Нечеткое управление в технических системах. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2005. 200 с.Demenkov N. P. Nechetkoe upravlenie v tekhnicheskih sistemah (Fuzzy control in technical systems), Moscow, Publishing house of MGTU im. N. EH. Baumana, 2005 (in Russian).Michels K., Klawonn F., Kruse R., Nürnberger A. Fuzzy Control: Fundamentals, Stability and Design of Fuzzy Controllers. Berlin, Heidelberg, New York: Springer Verlag, 2006. 410 p.Michels K., Klawonn F., Kruse R., Nürnberger A. Fuzzy Control: Fundamentals, Stability and Design of Fuzzy Controllers, Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 2006.Бураков М. В. Нечеткие регуляторы. СПб.: Изд-во ГУАП, 2010. 236 с.Burakov M. V. Nechetkie regulyatory (Fuzzy regulators), SPb., Publishing house of GUAP, 2010 (in Russian).Гостев В. И. Проектирование нечетких логических регуляторов для систем автоматического управления. СПб.: БХВ-Петербург, 2011. 416 с.Gostev V. I. Proektirovanie nechetkih logicheskih regulyatorov dlya sistem avtoma-ticheskogo upravleniya (Design of fuzzy logic regulators for automatic control systems), SPb., BHV-Peterburg, 2011 (in Russian).Усков А. А. Системы с нечеткими моделями объектов управления. Смоленск: Смоленский филиал "РУК", 2013. 153 с.Uskov A. A. Sistemy s nechetkimi modelyami ob"ektov upravleniya (Systems with fuzzy models of control objects), Smolensk, Smolenskij filial "RUK", 2013 (in Russian).Пегат А. Нечеткое моделирование и управление. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013. 798 с.Pegat A. Nechetkoe modelirovanie i upravlenie (Fuzzy simulation and control), Moscow, BINOM. Laboratoriya znanij, 2013.Леоненков А. В. Нечеткое моделирование в среде MATLAB и fuzzyTECH. СПб.: БХВ-Петербург, 2003. 736 с.Leonenkov A. V. Nechetkoe modelirovanie v srede MATLAB i fuzzyTECH (Fuzzy modeling in MATLAB and fuzzyTECH), SPb., BHV-Peterburg, 2003 (in Russian).Штовба С. Д. Проектирование нечетких систем средствами MATLAB. М.: Горячая линия-Телеком, 2007. 288 c.Shtovba S. D. Proektirovanie nechetkih sistem sredstvami MATLAB (Design of fuzzy systems by means of MATLAB), Moscow, Goryachaya liniya-Telekom, 2007 (in Russian).Денисенко В. В. Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием. М.: Горячая линия-Телеком, 2009. 608 с.Denisenko V. V. Komp’yuternoe upravlenie tekhnologicheskim processom, ehksperi-mentom, oborudovaniem (Computer control by technological process, experiment, equipment), Moscow, Goryachaya liniya-Telekom, 2009 (in Russian).Astrom K. J., Hagglund T. Advanced PID control. ISA (The Instrumentation, System, and Automation Society), 2006. 460 p.Astrom K. J., Hagglund T. Advanced PID control / ISA (The Instrumentation, System, and Automation Society), 2006.Панько М. А., Аракелян Э. К. Особенности нечетких алгоритмов регулирования в сравнении с классическими // Теплоэнергетика. 2001. № 10. С. 39—42.Pan’ko M. A., Arakelyan Eh. K. Osobennosti nechetkih algoritmov regulirovaniya v sravnenii s klassicheskimi (Pecularities of fuzzy control algorithms in comparison with classical ones), Teploehnergetika, 2001, no. 10, pp. 39—42 (in Russian).Шанцева И. П. Фаззи-регулятор температуры электрических печей сопротивления // Вестник МЭИ. 2008. № 3. С. 51—56.Shanceva I. P. Fazzi-regulyator temperatury ehlektricheskih pechej soprotivleniya (Fuzzie-regulator of temperature of electric furnace resistance), Vestnik MEHI, 2008, no. 3, pp. 51—56 (in Russian).Мишта П. В., Бызов П. Г., Васильева Е. В. Нечеткая логика — современный путь развития теории управления // Известия ВолгГТУ. 2010. № 1. С. 139—142.Mishta P. V., Byzov P. G., Vasil’eva E. V. Nechetkaya logika — sovremennyj put’ razvitiya teorii upravleniya (Fuzzy logic – is modern way of development of control theory), Izvestiya VolgGTU, 2010, no. 1, pp. 139—142 (in Russian).Бураков М. В., Коновалов А. С. Синтез нечетких логических регуляторов // Информационно-управляющие системы. 2011. № 1. С. 22—27.Burakov M. V., Konovalov A. S. Sintez nechetkih logicheskih regulyatorov (Synthesis of fuzzy logic regulators), InformacionnoUpravlyayushchie Sistemy, 2011, no. 1, pp. 22—27 (in Russian).Антипин А. Ф. О повышении быстродействия систем интеллектуального управления на базе нечеткой логики // Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. 2013. № 5. С. 22—26.Antipin A. F. O povyshenii bystrodejstviya sistem intellektual’nogo upravleniya na baze nechetkoj logiki (Concerning improving speed of intelligent control systems based on fuzzy logic), Avtomatizaciya, Telemekhanizaciya i Svyaz’ v Neftyanoj Promyshlennosti, 2013, no. 5, pp. 22—26 (in Russian).Вильданов Р. Г., Бикметов А. Г., Самошкин А. И. Моделирование автоматической системы регулирования с fuzzy-регулятором // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 4. С. 140—146.Vil’danov R. G., Bikmetov A. G., Samoshkin A. I. Modelirovanie avtomaticheskoj sistemy regulirovaniya s fuzzy-regulyatorom (Simulation of automatic regulation system with fuzzy controller), Sovremennye Problemy Nauki i Obrazovaniya, 2014, no. 4, pp. 140—146 (in Russian).Демидова Г. Л., Кузин А. Ю., Лукичев Д. В. Особенности применения нечетких регуляторов на примере управления скоростью вращения электродвигателя постоянного тока // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2016. Т. 16, № 5. С. 872—878.Demidova G. L., Kuzin A. Yu., Lukichev D. V. Osobennosti primeneniya nechetkih regulyatorov na primere upravleniya skorost’yu vrashcheniya ehlektrodvigatelya postoyannogo toka (Features of application of fuzzy regulators on the example of DC motor speed control), Nauchno-Tekhnicheskij Vestnik Informacionnyh Tekhnologij, Mekhaniki i Optiki, 2016, vol. 16, no. 5, pp. 872—878 (in Russian).Волобуев М. Ф., Замыслов М. А., Мальцев А. М., Михайленко С. Б. Математическая модель канала управления высотой полета летательного аппарата с элементами нечеткой логики и ее сравнение с классической моделью // Проблемы безопасности полетов. 2017. № 9. С. 36—48.Volobuev M. F., Zamyslov M. A., Mal’cev A. M., Mihajlenko S. B. Matematicheskaya model’ kanala upravleniya vysotoj poleta letatel’nogo apparata s ehlementami nechetkoj logiki i ee sravnenie s klassicheskoj model’yu (Mathematical model of the flight altitude control channel of the aircraft with fuzzy logic elements and its comparison with the classical model), Problemy bezopasnosti poletov, 2017, no. 9, pp. 36—48 (in Russian).Куликова И. В. Влияние выбора алгоритмами нечеткого вывода на точность работы нечеткого регулятора // International Journal of Advanced Studies, 2017. Vol. 7, N. 4—3. P. 66—75.Kulikova I. V. Vliyanie vybora algoritmami nechetkogo vyvoda na tochnost’ rabo-ty nechetkogo regulyatora (Influence of selection of fuzzy inference algorithms on the accuracy of the fuzzy controller), International Journal of Advanced Studies, 2017, vol. 7, no. 4—3, pp. 66—75 (in Russian).Земцов А. Ф., Грязнов И. Е., Поступаева С. Г. Сравнительный анализ и исследование работы классического ПИД-регулятора с "нечеткими" его разновидностями // Известия ВолгГТУ. 2018. № 2. С. 63—66.Zemcov A. F., Gryaznov I. E., Postupaeva S. G. Sravnitel’nyj analiz i issledovanie raboty klassicheskogo PID-regulyatora s "nechetkimi" ego raznovidnostyami (Comparative analysis and study of the classical PID controller with its "fuzzy" varieties), Izvestiya VolgGTU, 2018, no. 2, pp. 63—66 (in Russian).Ротач В. Я. О фази-ПИД-регуляторах // Теплоэнергетика. 1999. № 8. С. 32—36.Rotach V. Ya. O fazi-PID-regulyatorah (About phase-PID controllers), Teploehnergetika, 1999, no. 8, pp. 32—36 (in Russian).Ротач В. Я. Теория автоматического управления: учебник для вузов. М.: Изд. Дом МЭИ, 2008. 396 с.Rotach V. Ya. Teoriya avtomaticheskogo upravleniya (Theory of automatic control), Moscow, Publishing house of MEHI, 2008 (in Russian).Филимонов А. Б., Филимонов Н. Б. О мнимых превосходствах алгоритмов нечеткого регулирования // Проблемы управления и моделирования в сложных системах: Труды ХIII Междунар. конф. Самара: Самарский НЦ РАН, 2011. С. 104—109.Filimonov A. B., Filimonov N. B. O mnimyh prevoskhodstvah algoritmov nechetkogo regulirovaniya (On the imaginary superiority of fuzzy control algorithms), Problemy Upravleniya i Modelirovaniya v Slozhnyh Sistemah: Trudy HIII Mezhdunar. konf, Samara, Samarskij NC RAN, 2011, pp. 104—109 (in Russian).Филимонов А. Б., Филимонов Н. Б. К вопросу построения нечетких ПИД-регуляторов // Мехатроника, автоматика и робототехника. 2018. № 2. С. 112—116.Filimonov A. B., Filimonov N. B. K voprosu postroeniya nechetkih PID-regulyatorov (To the question of the construction of fuzzy PID controllers), Mekhatronika, avtomatika i robototekhnika, 2018, no. 2, pp. 112—116 (in Russian).Mamdani E. H. Application of Fuzzy Algorithm for Simple Dynamic Plant // Proc. IEEE. 1974. Vol. 121, N. 12. P. 1585—1588.Mamdani E. H. Application of Fuzzy Algorithm for Simple Dynamic Plant, Proc. IEEE, 1974, vol. 121, no. 12, pp. 1585—1588.

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