ntvНаучно-технический вестник информационных технологий, механики и оптикиScientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics2226-14942500-0373Университет ИТМО10.17586/2226-1494-2023-23-5-1041-1049ntv-192Research ArticleМАТЕМАТИЧЕСКОЕ И КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕMODELING AND SIMULATIONСреда визуальной разработки программ многомерных нечетких интервально-логических регуляторовVisual programming environment for multidimensional fuzzy interval-logic regulatorshttps://orcid.org/0000-0002-9151-4167АнтипинА. Ф.AntipinA. F.

Антипин Андрей Федорович — кандидат технических наук, доцент, доцент

sc 55904921400

Стерлитамак, 453103

Andrey F. Antipin — PhD, Associate Professor

sc 55904921400

Sterlitamak, 453103

andrejantipin@ya.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8458-9638АнтипинаЕ. В.AntipinaE. V.

Антипина Евгения Викторовна — кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник

sc 57214879770

Уфа, 450076

Evgenia V. Antipina — PhD (Physics&Mathematics), Senior Researcher

sc 57214879770

Ufa, 450076

stepashinaev@ya.ruСтерлитамакский филиал Уфимского университета науки и технологийРоссияSterlitamak branch of Ufa University of Science and TechnologyRussian FederationУфимский университет науки и технологийРоссияUfa University of Science and TechnologyRussian Federation20231412202423510411049Copyright © Антипин А.Ф., Антипина Е.В., 20242024Антипин А.Ф., Антипина Е.В.Antipin A.F., Antipina E.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ntv.elpub.ru/jour/article/view/192

Введение. Рассмотрен подход к синтезу и разработке многомерных нечетких интервально-логических регуляторов в созданной среде визуального программирования, генерирующей программный код регуляторов для контроллеров Simatic S7-300 и S7-400. Метод. Многомерные интервально-логические регуляторы используют математический аппарат нечетких регуляторов со смешанной (трапециевидной и прямоугольной) функцией принадлежности µ, равной единице. Предложенная модификация регуляторов является авторской разработкой и предназначена для использования в системах управления с достаточно большим объемом продукционных правил, описывающих логику сложного технологического объекта без адекватной математической модели. Программное обеспечение среды визуальной разработки учитывает требования действующих редакций стандартов ГОСТ Р МЭК 61131-3 и 61131-7. Основные результаты. Представлен базовый вариант блок- схемы многомерного интервально-логического регулятора. Приведены схемы интерпретации непрерывных физических величин эквивалентной совокупностью термов. Сформулирован пропорциональный алгоритм деинтервализации. Показано, что синтез и программирование данной модификации нечетких регуляторов заключается в определении векторов термов входных и выходных непрерывных величин, а также взаимных связей между ними, составлении системы продукционных правил и выборе соответствующего алгоритма деинтервализации. Описан подход к разработке многомерных интервально-логических регуляторов при помощи специальных программных средств (редакторов и приложений), входящих в состав среды визуальной разработки. Обсуждение. Предложенный подход обеспечивает наглядное и быстрое создание функциональных блоков регуляторов для программируемых логических контроллеров Simatic S7-300 и S7-400. При этом имеется возможность анализа и симуляции работы системы продукционных правил и регуляторов в целом, что позволяет сократить сроки разработки и отладки систем управления на их основе.

The approach to synthesis and development of multidimensional fuzzy interval-logic regulators in the created visual programming environment that generates the program code of regulators for Simatic S7-300 and S7-400 controllers is considered. Multidimensional interval-logic regulators use the mathematical apparatus of fuzzy regulators with mixed (trapezoidal and rectangular) membership function µ equal to one. The proposed modification of regulators is the author’s development and is intended for use in control systems with a sufficiently large volume of product rules describing the logic of a complex technological object without an adequate mathematical model. The software of the visual development environment takes into account the requirements of the current editions of IEC 61131-3 and 61131-7 standards. The basic variant of the block diagram of a multidimensional interval-logic regulator is presented. Schemes for the interpretation of continuous physical quantities by an equivalent set of terms are given. The proportional deintervalization algorithm is formulated. It is shown that the synthesis and programming of this modification of fuzzy regulators consists in determining the vectors of terms of input and output continuous variables, as well as the mutual relations between them, compiling a system of production rules and selecting the appropriate algorithm of deintervalization. The approach to the development of multidimensional interval-logic regulators by means of special software tools (editors and applications) included in the visual development environment is described. The proposed approach provides a clear and quick creation of controller functional blocks for Simatic S7-300 and S7-400 programmable logic controllers. At the same time, it is possible to analyze and simulate the work of the system of production rules and regulators as a whole, which reduces the time of development and debugging of control systems based on them.

нечеткий регуляторсреда визуальной разработкиредакторысистема продукционных правилпрограммное обеспечениеfuzzy regulatorvisual development environmenteditorsproduction rule systemsoftwareИсследование выполнено в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (код научной темы FZWU-2023-0002).This research was funded by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (scientific code FZWU-2023-0002).ReferencesФилимонов А.Б., Филимонов Н.Б. Некоторые проблемные аспекты нечеткого ПИД регулирования // Мехатроника, автоматизация, управление. 2018. Т. 19. № 12. С. 762–769. https://doi.org/10.17587/mau/19.762-769Filimonov A.B., Filimonov N.B. Sertain problematic aspects of fuzzy pid regulation. Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2018, vol. 19, no. 12, pp. 762–769. (in Russian). https://doi.org/10.17587/mau/19.762-769Bykovtsev Y.A., Lokhin V.M. Estimation of the accuracy of a control system with a fuzzy pid controller based on the approximation of the static characteristic of the controller // Мехатроника, автоматизация, управление. 2021. Т. 22. № 12. С. 619–624. https://doi.org/10.17587/mau.22.619-624Bykovtsev Y.A., Lokhin V.M. Estimation of the accuracy of a control system with a fuzzy pid controller based on the approximation of the static characteristic of the controller. Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2021, vol. 22, no. 12, pp. 619–624. https://doi.org/10.17587/mau.22.619-624Kocian J., Koziorek J., Pokorný M. Implementation of fuzzy logic control based on PLC // Proc. of the IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation, ETFA. 2011. P. 1–8. https://doi.org/10.1109/ETFA.2011.6059049Kocian J., Koziorek J., Pokorný M. Implementation of fuzzy logic control based on PLC. Proc. of the IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation, ETFA, 2011, pp. 1–8. https://doi.org/10.1109/ETFA.2011.6059049Бураков М.В., Коновалов А.С., Яковец О.Б. Эволюционный синтез нечетких регуляторов // Информационно-управляющие системы. 2015. № 6(79). С. 28–33. https://doi.org/10.15217/issn1684-8853.2015.6.28Burakov M.V., Konovalov A.S., Yakovets O.B. Evolutionary design of fuzzy controllers. Information and Control Systems, 2015, no. 6(79), pp. 28–33. (in Russian). https://doi.org/10.15217/issn1684-8853.2015.6.28Игнатьев В.В., Соловьев В.В. Метод синтеза нечетких регуляторов на основе кластеризации // Программные продукты и системы. 2021. Т. 34. № 4. С. 597–607. https://doi.org/10.15827/0236-235X.136.597-607Ignatyev V.V., Solovev V.V. A synthesis method for fuzzy controllers based on clustering. Software & Systems, 2021, vol. 34, no. 4, pp. 597–607. (in Russian). https://doi.org/10.15827/0236-235X.136.597-607Богачёв И.С., Коломыцев В.Г. Методика настройки нечёткого регулятора с нелинейной характеристикой P-типа средствами Matlab // Современные наукоемкие технологии. 2020. № 11-1. С. 9–14. https://doi.org/10.17513/snt.38330Bogachev I.S., Kolomytsev V.G. Technique for adjusting a fuzzy regulator with a nonlinear P-type characteristic by Matlab. Modern High Technologies, 2020, no. 11-1, pp. 9–14. (in Russian). https://doi.org/10.17513/snt.38330Buriboev A., Kang H.K., Ko M.-C., Oh R., Abduvaitov A., Jeon H.S. Application of fuzzy logic for problems of evaluating states of a computing system // Applied Sciences. 2019. V. 9. N 15. P. 3021. https://doi.org/10.3390/app9153021Buriboev A., Kang H.K., Ko M.-C., Oh R., Abduvaitov A., Jeon H.S. Application of fuzzy logic for problems of evaluating states of a computing system. Applied Sciences, 2019, vol. 9, no. 15, pp. 3021. https://doi.org/10.3390/app9153021Dumitrescu C., Ciotirnae P., Vizitiu C. Fuzzy logic for intelligent control system using soft computing applications // Sensors. 2021. V. 21. N 8. P. 2617. https://doi.org/10.3390/s21082617Dumitrescu C., Ciotirnae P., Vizitiu C. Fuzzy logic for intelligent control system using soft computing applications. Sensors, 2021, vol. 21, no. 8, pp. 2617. https://doi.org/10.3390/s21082617Усков А.А., Лаврушин В.М. Системы управления с нечеткими супервизорными ПИД-регуляторами // Информационные технологии моделирования и управления. 2015. Т. 93. № 3. С. 279–285.Uskov A.A., Lavrushin V.M. Control systems with fuzzy supervisory PID regulators. Informacionnye tehnologii modelirovanija i upravlenija, 2015, vol. 93, no. 3, pp. 279–285. (in Russian)Васильев В.И., Ильясов Б.Г. Интеллектуальные системы управления. Теория и практика: учебное пособие. М.: Радиотехника, 2009. 388 с.Vasilev V.I., Iliasov B.G. Intellegent Control Systems. Theory and Practice. Moscow, Radiotehnika Publ., 2009, 388 p. (in Russian)Пегат А. Нечёткое моделирование и управление. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2009. 798 с.Piegat A. Fuzzy Modeling and Control. Physica-Verlag HD, 2001, 728 p.Bobyr M.V., Emelyanov S.G. A nonlinear method of learning neurofuzzy models for dynamic control systems // Applied Soft Computing. 2020. V. 8. P. 106030. https://doi.org/10.1016/j.asoc.2019.106030Bobyr M.V., Emelyanov S.G. A nonlinear method of learning neuro- fuzzy models for dynamic control systems. Applied Soft Computing, 2020, vol. 8, pp. 106030. https://doi.org/10.1016/j.asoc.2019.106030Bobyr M.V., Milostnaya N.A., Kulabuhov S.A. A method of defuzzification based on the approach of areas’ ratio // Applied Soft Computing. 2017. V. 59. P. 19–32. https://doi.org/10.1016/j.asoc.2017.05.040Bobyr M.V., Milostnaya N.A., Kulabuhov S.A. A method of defuzzification based on the approach of areas’ ratio. Applied Soft Computing, 2017, vol. 59, pp. 19–32. https://doi.org/10.1016/j.asoc.2017.05.040Karakuzu C., Karakaya F., Çavuşlu M.A. FPGA implementation of neuro-fuzzy system with improved PSO learning // Neural Networks. 2016. V. 76. P. 128–140. https://doi.org/10.1016/j.neunet.2016.02.004Karakuzu C., Karakaya F., Çavuşlu M.A. FPGA implementation of neuro-fuzzy system with improved PSO learning. Neural Networks, 2016, vol. 76, pp. 128–140. https://doi.org/10.1016/j.neunet.2016.02.004Антипин А.Ф. Особенности программной реализации многомерных логических регуляторов с переменными в виде совокупности аргументов двузначной логики // Автоматизация и современные технологии. 2014. № 2. С. 30–36.Antipin A.F. The features of the multidimensional logical regulators software implementation with variables as a set of binary logic arguments. Avtomatizacija i sovremennye tehnologii, 2014, no. 2, pp. 30–36. (in Russian)Антипин А.Ф. Особенности настройки взаимосвязей и составления системы продукционных правил в интервально-логическом регуляторе // Информационные системы и технологии. 2015. № 1(87). С. 5–13.Antipin A.F. Features of the setup of interlinkages and the creation of the system of condition-action rules in interval-logic controller. Informacionnye sistemy i tehnologii, 2015, no. 1(87), pp. 5–13. (in Russian)Антипин А.Ф. Об оценке программ контроллеров с программируемой логикой // Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. 2018. № 11. С. 41–46. https://doi.org/10.30713/0132-2222-2018-11-41-46Antipin A.F. Programs evaluation of controllers with programmable logics. Automation and Informatization of the fuel and energy complex, 2018, no. 11, pp. 41–46. (in Russian). https://doi.org/10.30713/0132-2222-2018-11-41-46

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