Multicriteria Optimization of Stochastic Robust Control of the Tracking System
A multicriteria optimization of stochastic robust control with two degrees of freedom of a tracking system with anisotropic regulators has been developed to increase accuracy and reduce sensitivity to uncertain object parameters. Such objects are located on a moving base, on which sensors for angles...
Saved in:
| Date: | 2025 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | English Ukrainian |
| Published: |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
2025
|
| Online Access: | https://journals.uran.ua/jme/article/view/313047 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Energy Technologies & Resource Saving |
Institution
Energy Technologies & Resource Saving| id |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-313047 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Energy Technologies & Resource Saving |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2025-03-12T15:06:02Z |
| collection |
OJS |
| language |
English Ukrainian |
| format |
Article |
| author |
Кузнецов, Б. І. Бовдуй, І. В. Волошко, О. В. Нікітіна, Т. Б. Кобилянський, Б. Б. |
| spellingShingle |
Кузнецов, Б. І. Бовдуй, І. В. Волошко, О. В. Нікітіна, Т. Б. Кобилянський, Б. Б. Multicriteria Optimization of Stochastic Robust Control of the Tracking System |
| author_facet |
Кузнецов, Б. І. Бовдуй, І. В. Волошко, О. В. Нікітіна, Т. Б. Кобилянський, Б. Б. |
| author_sort |
Кузнецов, Б. І. |
| title |
Multicriteria Optimization of Stochastic Robust Control of the Tracking System |
| title_short |
Multicriteria Optimization of Stochastic Robust Control of the Tracking System |
| title_full |
Multicriteria Optimization of Stochastic Robust Control of the Tracking System |
| title_fullStr |
Multicriteria Optimization of Stochastic Robust Control of the Tracking System |
| title_full_unstemmed |
Multicriteria Optimization of Stochastic Robust Control of the Tracking System |
| title_sort |
multicriteria optimization of stochastic robust control of the tracking system |
| title_alt |
Багатокритеріальна оптимізація стохастичного робастного керування системою стеження Багатокритеріальна оптимізація стохастичного робастного керування системою стеження |
| description |
A multicriteria optimization of stochastic robust control with two degrees of freedom of a tracking system with anisotropic regulators has been developed to increase accuracy and reduce sensitivity to uncertain object parameters. Such objects are located on a moving base, on which sensors for angles, angular velocities and angular accelerations are installed. Improvements in the accuracy of control with two degrees of freedom include closed-loop feedback control and open-loop feedback control through the use of reference and perturbation effects. The multicriteria optimization of the stochastic robust control tracking system with two degrees of freedom with anisotropic controllers is reduced to the iterative solution of a system of four coupled Riccati equations, the Lyapunov equation, and the determination of the anisotropy norm of the system by an expression of a special form, which is numerically solved using the homotopy method, which includes vectorization matrices and iterations according to Newton's method. The objective vector of robust control is calculated in the form of a solution of a vector game, the vector gains of which are direct indicators of the quality that the system should achieve in different modes of its operation. The calculation of the vector gains of this game is related to the simulation of a synthesized system with anisotropic regulators for different modes of operation with different input signals and object parameter values. The solutions of this vector game are calculated on the basis of a set of Pareto-optimal solutions taking into account the binary relations of preferences on the basis of the metaheuristic algorithm of multi-swarm Archimedes optimization. Based on the results of the synthesis of stochastic robust control of a tracking system with two degrees of freedom with anisotropic controllers, it is shown that the use of synthesized controllers made it possible to increase the accuracy of system control, reduce the time of transient processes by 3–5 times, reduce the variance of errors by 2.7 times, and reduce the sensitivity of the system to the change of object parameters compared to typical regulators. |
| publisher |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України |
| publishDate |
2025 |
| url |
https://journals.uran.ua/jme/article/view/313047 |
| work_keys_str_mv |
AT kuznecovbí multicriteriaoptimizationofstochasticrobustcontrolofthetrackingsystem AT bovdujív multicriteriaoptimizationofstochasticrobustcontrolofthetrackingsystem AT vološkoov multicriteriaoptimizationofstochasticrobustcontrolofthetrackingsystem AT níkítínatb multicriteriaoptimizationofstochasticrobustcontrolofthetrackingsystem AT kobilânsʹkijbb multicriteriaoptimizationofstochasticrobustcontrolofthetrackingsystem AT kuznecovbí bagatokriteríalʹnaoptimízacíâstohastičnogorobastnogokeruvannâsistemoûstežennâ AT bovdujív bagatokriteríalʹnaoptimízacíâstohastičnogorobastnogokeruvannâsistemoûstežennâ AT vološkoov bagatokriteríalʹnaoptimízacíâstohastičnogorobastnogokeruvannâsistemoûstežennâ AT níkítínatb bagatokriteríalʹnaoptimízacíâstohastičnogorobastnogokeruvannâsistemoûstežennâ AT kobilânsʹkijbb bagatokriteríalʹnaoptimízacíâstohastičnogorobastnogokeruvannâsistemoûstežennâ |
| first_indexed |
2025-07-17T12:03:09Z |
| last_indexed |
2025-07-17T12:03:09Z |
| _version_ |
1850411876749410304 |
| spelling |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-3130472025-03-12T15:06:02Z Multicriteria Optimization of Stochastic Robust Control of the Tracking System Багатокритеріальна оптимізація стохастичного робастного керування системою стеження Багатокритеріальна оптимізація стохастичного робастного керування системою стеження Кузнецов, Б. І. Бовдуй, І. В. Волошко, О. В. Нікітіна, Т. Б. Кобилянський, Б. Б. A multicriteria optimization of stochastic robust control with two degrees of freedom of a tracking system with anisotropic regulators has been developed to increase accuracy and reduce sensitivity to uncertain object parameters. Such objects are located on a moving base, on which sensors for angles, angular velocities and angular accelerations are installed. Improvements in the accuracy of control with two degrees of freedom include closed-loop feedback control and open-loop feedback control through the use of reference and perturbation effects. The multicriteria optimization of the stochastic robust control tracking system with two degrees of freedom with anisotropic controllers is reduced to the iterative solution of a system of four coupled Riccati equations, the Lyapunov equation, and the determination of the anisotropy norm of the system by an expression of a special form, which is numerically solved using the homotopy method, which includes vectorization matrices and iterations according to Newton's method. The objective vector of robust control is calculated in the form of a solution of a vector game, the vector gains of which are direct indicators of the quality that the system should achieve in different modes of its operation. The calculation of the vector gains of this game is related to the simulation of a synthesized system with anisotropic regulators for different modes of operation with different input signals and object parameter values. The solutions of this vector game are calculated on the basis of a set of Pareto-optimal solutions taking into account the binary relations of preferences on the basis of the metaheuristic algorithm of multi-swarm Archimedes optimization. Based on the results of the synthesis of stochastic robust control of a tracking system with two degrees of freedom with anisotropic controllers, it is shown that the use of synthesized controllers made it possible to increase the accuracy of system control, reduce the time of transient processes by 3–5 times, reduce the variance of errors by 2.7 times, and reduce the sensitivity of the system to the change of object parameters compared to typical regulators. Розроблено багатокритеріальну оптимізацію стохастичного робастного керування з двома ступенями свободи системою стеження з анізотропійними регуляторами для підвищення точності й зниження чутливості до невизначених параметрів об’єкта. Такі об’єкти розташовані на рухомій основі, на якій встановлені датчики кутів, кутових швидкостей і кутових прискорень. Підвищення точності керування з двома ступенями свободи включає керування із зворотним зв’язком і замкнутим контуром і керування із прямим зв’язком і розімкненим контуром за допомогою використання задаючих та збуруючих впливів. Багатокритеріальна оптимізація стохастичного робастного керування системи стеження з двома ступенями свободи із анізотропійними регуляторами зведена до ітеративного рішення системи з чотирьох пов’язаних рівнянь Ріккаті, рівняння Ляпунова та визначення анізотропійної норми системи по виразу спеціального вигляду, який чисельно вирішується за допомогою методу гомотопій, що включає векторизацію матриць та ітерацій за методом Ньютона. Вектор цілі робастного керування обчислюється в вигляді рішення векторної гри, векторні виграші якої – це прямі показники якості, яких має досягти система в різних режимах її роботи. Розрахунок векторних виграшів цієї гри пов’язаний із моделюванням синтезованої системи з анізотропійними регуляторами для різних режимів роботи з різними вхідними сигналами і значеннями параметрів об’єкта. Рішення цієї векторної гри розраховуються на основі множини Парето-оптимальних рішень з урахуванням бінарних відношень переваг на основі метаевристичного алгоритму багатороєвої оптимізації Архімеда. На основі результатів синтезу стохастичного робастного керування системи стеження з двома ступенями свободи з анізотропійними регуляторами показано, що використання синтезованих регуляторів дозволило підвищити точність керування системою, зменшити час перехідних процесів у 3–5 разів, зменшити дисперсію помилок у 2,7 рази, знизити чутливість системи до зміни параметрів об’єкта у порівнянні з типовими регуляторами. Розроблено багатокритеріальну оптимізацію стохастичного робастного керування з двома ступенями свободи системою стеження з анізотропійними регуляторами для підвищення точності й зниження чутливості до невизначених параметрів об’єкта. Такі об’єкти розташовані на рухомій основі, на якій встановлені датчики кутів, кутових швидкостей і кутових прискорень. Підвищення точності керування з двома ступенями свободи включає керування із зворотним зв’язком і замкнутим контуром і керування із прямим зв’язком і розімкненим контуром за допомогою використання задаючих та збуруючих впливів. Багатокритеріальна оптимізація стохастичного робастного керування системи стеження з двома ступенями свободи із анізотропійними регуляторами зведена до ітеративного рішення системи з чотирьох пов’язаних рівнянь Ріккаті, рівняння Ляпунова та визначення анізотропійної норми системи по виразу спеціального вигляду, який чисельно вирішується за допомогою методу гомотопій, що включає векторизацію матриць та ітерацій за методом Ньютона. Вектор цілі робастного керування обчислюється в вигляді рішення векторної гри, векторні виграші якої – це прямі показники якості, яких має досягти система в різних режимах її роботи. Розрахунок векторних виграшів цієї гри пов’язаний із моделюванням синтезованої системи з анізотропійними регуляторами для різних режимів роботи з різними вхідними сигналами і значеннями параметрів об’єкта. Рішення цієї векторної гри розраховуються на основі множини Парето-оптимальних рішень з урахуванням бінарних відношень переваг на основі метаевристичного алгоритму багатороєвої оптимізації Архімеда. На основі результатів синтезу стохастичного робастного керування системи стеження з двома ступенями свободи з анізотропійними регуляторами показано, що використання синтезованих регуляторів дозволило підвищити точність керування системою, зменшити час перехідних процесів у 3–5 разів, зменшити дисперсію помилок у 2,7 рази, знизити чутливість системи до зміни параметрів об’єкта у порівнянні з типовими регуляторами. Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України 2025-03-12 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/313047 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 27 No. 3 (2024); 53-64 Проблемы машиностроения; Том 27 № 3 (2024); 53-64 Проблеми машинобудування; Том 27 № 3 (2024); 53-64 2709-2992 2709-2984 en uk https://journals.uran.ua/jme/article/view/313047/304101 https://journals.uran.ua/jme/article/view/313047/304102 Copyright (c) 2024 Б. І. Кузнецов, І. В. Бовдуй, О. В. Волошко, Т. Б. Нікітіна, Б. Б. Кобилянський http://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0 |