Секция 4 - Нейросетевые технологии (1250001), страница 2
Текст из файла (страница 2)
В соответствиис (2) ограничения могут быть наложены на размерность вектора входов,выходов или количество нечетких термов для описания i-ой переменнойпосылок. При ограничении размерности векторов входа и выхода объекта вбазе нечетких правил могут быть потеряны существенные закономерности,отражающие его функционирование и, соответственно, техническое состояние. Уменьшение количества нечетких термов также сказывается накачестве моделирования объекта во всех возможных в эксплуатации режимах работы.
Однако при определенных условиях можно задать минимально необходимое количество нечетких термов так, чтобы база правил моделировала вектор выхода при исправном техническом состоянии объекта.Рассмотрим, каким образом формируется анализируемая выборкапереходного режима работы электрооборудования. Начальные условия,т. е. значения векторов входа u0 и выхода y0 объекта до возникновения переходного режима работы и момент его возникновения определяются в соответствии с критериями, предложенными в [3]. Если задать допустимую1237Труды II научной конференции «Проектирование инженерных и научных приложений в среде MATLAB»погрешность измерений и представить значения u и y в виде симметричных гауссовых функций принадлежности с нормальным законом распределения, центр которых определяется значениями в начальном установившемся режиме u0 и y0 ( u − u 0 )2 ;µu ( u ) = exp −2σ u 2 (3) ( y − y 0 )2 ,µ y ( y ) = exp −2σ y 2 то критерий возникновения переходного режима работы электрооборудования может быть формализован в нечетком видеµ notN ( u, y ) = 1 .(4)Логическое условие (4) выполняется при выходе за границу нечеткого гауссового терма N (normal) векторов входа u или выхода y.
Область терма Nопределяется экспертами на основании собственного опыта и техническиххарактеристик оборудования как отклонения ±du(dy). Логическое условие,определяющее окончание переходного процесса может быть сформулировано в видеµ N ( u, B ) = M .(5)с заданным значением М∈(0, 1). Критерии (4) и (5) определяют выборкупереходного процесса, на которой оценивается техническое состояниеэлектрооборудования.
Степень увеличения или уменьшения координатвекторов входа и выхода объекта может быть определена, если ввести соответствующие нечеткие термы L — малого и Н — большого значений,определяемые относительно значений терма нормальных значений N. Таким образом, в рассматриваемых точках переходного режима работы параметры посылок базы нечетких правил представляются тремя нечеткимитермами относительно значений начального установившегося режима:• L (low) — если параметр снижается относительно значения вначальном установившемся режиме;• N (normal) — если отклонение параметра не выходит за определенный диапазон ±du(dy) относительно значения в начальном установившемся режиме;• H (high) — если параметр повышается относительно значения вначальном установившемся режиме;Если созданная модель не может описать какой-либо из режимов работы оборудования при его исправном техническом состоянии, количествотермов (и соответственно количество правил) параметров посылок можетбыть увеличено.
Этим достигается последовательная адаптация базы нечетких правил ко всем возможным в эксплуатации режимам работы оборудования.1238Секция 4. Нейро-сетевые технологииLNHПереходный режим работы электрооборудования может возникнутьв случайный момент времени при произвольных начальных значениях вектора входов u и выходов y. Поэтому при описании посылок нечетких правил базы знаний предлагается использовать символьную нечеткую переменную [4], расширяющую существующее определение лингвистическойпеременной. Отличие заключается в том, что границы лингвистическихтермов переменных не задаются заранее жестко численными значениями, аподстраиваются к значениям текущего установившегося режима работыэлектрооборудования и определяются путем задания экспертом допустимого отклонения ±du(dy) для терма нормальных значений N.
Отклонения±du(dy) в символьном виде также задают области функций принадлежности термов L и H при изменении их от 0 до 1. Выбираются гладкие, дифференцируемые функции: симметричного гауссового типа для термов N, L,H или Z-образной формы для термов L и S-образной формы для термов H [5].
Определение символьной нечеткой переменной для i-го входаобъекта ui показано на рис. 1.uimaxui0АнализируемаявыборкаtРис. 1. Определение для i-го входа объекта ui символьной нечеткой переменной.Таким образом, при возникновении нового переходного режима работы, значения символьной нечеткой переменной каждый раз подстраиваются (адаптируются) к значениям предшествующего установившегося режима работы, что позволяет описать лингвистическую переменную небольшим количеством нечетких термов.Для классификации переходного режима работы системы возбуждения необходимо оценить изменения ее входных параметров — напряженияUs, тока Is и частоты f статора синхронного генератора и выходных параметров — напряжения Ud и тока Id ротора. Основным параметром, на который реагирует система возбуждения, является напряжение статора Us, арежим работы системы возбуждения в целом задается выходом АРВ UА.Пуск ЭС выполняется в соответствии с логическим условием (4)µ notN (U A , U s ) = 1 , характеризующим выход за терм N (not N) символьных1239Труды II научной конференции «Проектирование инженерных и научных приложений в среде MATLAB»нечетких переменных UА или Us.
Значения центров термов N символьныхнечетких переменных определяются за 200 мс до возникновения переходного режима (условие (4)). Информация о последующих значениях параметров системы возбуждения и синхронного генератора образует оперативную базу данных классификатора для анализируемого переходного режима работы. Условие окончания анализа переходного режима работы всоответствии с (5) определяется как µ N (U A , U s ) = 1 .
Для учета динамических свойств бесщеточного возбудителя и обмотки возбуждения синхронного генератора их параметры оцениваются для различных точек переходного режима работы. ЭС, определив возникновение переходного режимаработы по условию (4) в момент времени ti, рассматривает значение напряжения выхода тиристорного преобразователя uf также в момент времени ti (инерционностью тиристорного преобразователя порядка несколькихмкс пренебрегаем). Для учета инерционности возбудителя с постояннойвремени τе, функция принадлежности символьной нечеткой переменнойнапряжения ротора Ud определяется для момента времени ti + τe .
Значенияфункций принадлежности для символьной нечеткой переменной тока ротора Id оцениваются для момента времени ti+T ' , где Td' — переходная постоdянная времени обмотки ротора.Прототип ЭС реализован на базе пакета нечеткой логики Fuzzy LogicToolbox системы MATLAB. Механизм логического вывода классификатора основан на алгоритме Сугэно (Sugeno) 1-го порядка, в соответствии скоторым множеству значений входных переменных определено значениеинтегрального параметра MODE, характеризующего режим, табл.
1.Таблица 1UsIsfUdIdMODENNNNNnot not notNNNNNk11Us+k12Is+k13f+k14Ud+k15Id+m1k21Us+k22Is+k23f+k24Ud+k25Id+m2notHnotLnotLnotHnotLnotLnotHnotHnot HHLnot not notHLLnot LLHnot not notLHHk31Us+k32Is+k33f+k34Ud+k35Id+m3k41Us+k42Is+k43f+k44Ud+k45Id+m4k51Us+k52Is+k53f+k54Ud+k55Id+m5k61Us+k62Is+k63f+k64Ud+k65Id+m6Режим работы и состояние оборудованияНормальный установившийся режим(NS). Оборудование исправно.Анормальный установившийся режим (ANS). Оборудование неисправно.Нормальный форсировочный режим(NF).
Оборудование исправноАнормальный форсировочный режим(ANF). Оборудование неисправноНормальный расфорсировочный режим (NDF). Оборудование исправноАнормальный расфорсировочныйрежим (ANDF). Оборудование неисправно1240Секция 4. Нейро-сетевые технологииКоэффициенты k11…k65 и постоянные m1…m6 настраиваются такимобразом, чтобы абсолютное значение выходного параметра MODE быломеньше единицы для всех нормальных режимов работы и равно или болееединицы для анормальных режимов работы. Значение выходной переменной MODE может быть интерпретировано в системе координат пространства 5 измерений, определяемых входными переменными базы правил.Начальная точка отсчета в таком пространстве определяется значениямивходных переменных базы правил в начальном установившемся режимеработы.
Геометрической интерпретацией MODE является гиперсфера сединичным радиусом, отделяющая множество комбинаций входных переменных в нормальных и анормальных переходных процессах. Таким образом, определение анормального переходного режима работы формализуется следующим неравенством:MODE ≥ 1.(6)Настройка коэффициентов k11…k65 и постоянных m1…m6 осуществляется на выборках реальных переходных режимов работы, зарегистрированных с помощью микропроцессорного регистратора. База нечетких правил классификатора (табл. 1) реализована в виде адаптивной нейронечеткой сети ANFIS (сокращение от англ., Adaptive Neuro-Fuzzy InferenceSystem) [5, 6].Если классификатор ЭС определяет текущий переходный режим работы системы возбуждения как анормальный, то принятие решения передается на 2-ой уровень ЭС — идентификатор, который определяет отказавший элемент системы возбуждения.
Определение неисправного элемента основано на построении аппроксимирующих моделей для основныхустройств системы возбуждения — автоматического регулятора возбуждения (АРВ), тиристорного преобразователя и его системы управления тиристорами (ТП с СУТ), бесщеточного возбудителя (БВД). Настройка моделейпроизводится на выборках типовых переходных режимов работы — короткие замыкания, качания, форсировка-расфорсировка возбуждения ит. д., при исправном техническом состоянии оборудования.Для отражения динамических свойств оборудования системы возбуждения используется нелинейная авторегрессионная модель с внешнимвходом (NARX) [7], которая устанавливает нелинейное преобразованиемежду предыдущими значениями входов-выходов рассматриваемой подсистемы (элемента) системы возбуждения и будущим, предсказываемымзначением выхода при исправном техническом состоянии.
ДискретнаяNARX-модель объекта описывается уравнением видаy ( k ) = F { y ( k − 1) ,..., y ( k − ky ) , u ( k − kd ) ,...u ( k − ku )} ,(7)где ky — максимальный шаг учитываемых предшествующих значений вектора выхода системы, kU — максимальный шаг учитываемых предшествующих значений вектора входа системы, kd — шаг запаздывания измене1241Труды II научной конференции «Проектирование инженерных и научных приложений в среде MATLAB»ния вектора выхода по отношению к изменению вектора входа, определяемый свойствами объекта, F — нечеткое преобразование.NARX-модель показана на рис. 2.u(k)y(k)Объектz–1z–kyy(k–ky)Преобра–зование к«нечеткому»виду⊗Uu(k–ku)Преобразование к ym(k)«четкому»видуYFz–kuz–kdRРис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
