 |
Ученые Пермского Политеха научили нейросеть быстро и точно менять режимы работы электродвигателя для управления сложными механизмами
Для работы лифтов, прессов, станков и других систем используют двигатели постоянного тока. Скоростью, положением и другими параметрами в них управляют регуляторы. Но они не всегда работают стабильно, поэтому вместо них применяются нейросети. Ученые Пермского Политеха разработали подход к их обучению, который позволяет тонко настраивать регулятор.
Для работы лифтов, прессов, металлорежущих станков и других электроприводных систем используют двигатели постоянного тока. Они преобразуют поступающую электроэнергию в механическое вращение. При этом током, скоростью, положением и другими важными параметрами управляют специальные электронные регуляторы, которые поддерживают все переменные на нужном уровне, не допуская отклонений. Но случается так, что они не всегда обеспечивают необходимую точность и быстроту, что приводит к замедленному реагированию на изменение условий, рывкам, толчкам и нестабильной работе механизма. Поэтому широкое применение в подобных системах начинают находить нейросети. Ученые Пермского Политеха разработали эффективный подход к их обучению, который позволяет тонко настраивать регулятор и избегать возникновения ошибок.
Статья опубликована в журнале «Электротехника», №11, 2024. Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Лифты, прессы, металлорежущие станки и другие производственные механизмы приводятся в движение с помощью двигателя постоянного тока. Этими процессами управляет электронный регулятор. В случае неправильной настройки он может недостаточно быстро и точно реагировать на изменение условий функционирования механизма, из-за чего появляются задержки в работе, могут возникать рывки и толчки, что вызывает повышенный износ механических частей и подшипников. Все это чревато недостаточно точной обработкой деталей на металлообрабатывающем станке, неравномерной подачей материалов на конвейере, некомфортным перемещением и даже опасностью для пассажиров в лифте. Для точного управления такими объектами возможно применение регуляторов, построенных на базе нейронной сети.
Тренировать нейросеть можно по-разному: с «учителем» и без. В первом случае ее учат просто «подражать» уже настроенному регулятору. Недостаток в том, что так она не сможет работать лучше своего прототипа. Во втором она самостоятельно анализирует загружаемые в нее входные данные и ищет в них закономерности. Здесь возникает другая сложность: непросто подобрать нужную выборку данных для обучения.
Ученые Пермского Политеха разработали оригинальный подход, когда нейросеть тренируется не на самом промышленном объекте, а на его «цифровом двойнике». Для этого специалисты предприятия совестно с учеными разрабатывают специальные имитационные модели, которые описывают процессы движения и взаимодействия разных частей механизма, в том числе двигателя и его элементов, с помощью математических уравнений. Это позволяет выполнить настройку регулятора, не нарушая условий работы реального производственного процесса.
Обучение всегда происходит по методу «проб» и (что важно) «ошибок»: на начальных этапах ИИ не знает, какое воздействие будет правильным, поэтому просто перебирает случайные параметры и пробует применить их к системе. Если они окажутся ошибочными, скорректирует их и попробует снова. Но в условиях реального производства нельзя позволить ей подобным образом экспериментировать и нарушать ход рабочего процесса, ведь это может привести к аварийным ситуациям. Поэтому использование модели – это способ более тонко обучить регулятор на большом количестве различных данных.
– В нашем подходе мы применяем «функцию потерь», которая оценивает расхождение между предсказаниями модели и фактическими значениями, которые собраны с существующего объекта. Это возможность более тонко «объяснить» нейросети, чего мы хотим от нее добиться. При этом, в отличие от традиционной работы нейрорегулятора, в нашей схеме эта функция не встроена в ИИ, она действует как «внешний наблюдатель», сравнивает прогноз сети с истиной и сообщает, насколько хорошо сеть справилась, – комментирует Дмитрий Даденков, доцент кафедры «Микропроцессорные средства автоматизации» ПНИПУ, кандидат технических наук.
Политехники протестировали процесс обучения на примере системы регулирования скорости в двигателе. Создали жесткие условия: нейросеть должна была регулировать скорость вращения, во-первых, когда она менялась резко и непредсказуемо, во-вторых, при изменяющейся нагрузке, т.е. того необходимого сопротивления, которое двигатель должен преодолевать, чтобы вращаться.
– Подобные условия могут возникнуть на станках, конвейерах или в аварийных ситуациях, когда нужно резко переключить скоростной режим или вовсе остановить работу. Это требует от устройства быстрой реакции и точности движений. Тесты показали, что регулятор, обученный по нашей схеме, работает корректно: при изменении нагрузки скорость двигателя практически не проседает, а при необходимости задать другую скорость наблюдается незначительное перерегулирование – около 1%. Для проверки работы нейрорегулятора в реальных условиях на измеренное состояние объекта накладывался «шум» – случайные некорректные данные. Регулятор, который обучался на модели без него, успешно справлялся с управлением скоростью и на зашумленном объекте, – рассказывает Игорь Шмидт, доцент кафедры «Микропроцессорные средства автоматизации» ПНИПУ, кандидат технических наук.
Применение таких регуляторов не ограничивается двигателями постоянного тока, их имеет смысл применять везде, где классические регуляторы справляются плохо: если объект управления является сложной нелинейной, многосвязной системой, или имеются дополнительные критерии качества управления.
Подход ученых Пермского Политеха предоставляет практически неограниченные возможности по тонкой настройке нейрорегулятора. Также при получении информации о факторах, которые могут привести к ошибке, нейросеть заранее предотвращает ее появление. Это позволяет эффективно управлять процессами в электроприводных системах лифтов, конвейеров, металлорежущих станков, прокатных станов и подъемно-транспортных машин.
Контактное лицо: Лидия Попова (написать письмо автору)
Компания: ПНИПУ (все новости этой организации)
Добавлен: 02:05, 29.12.2024
Количество просмотров: 149
Страна: Россия
| Ростовский-на-Дону ЭРЗ первым в европейской части России освоил ремонт электровозов «Дончак», Ростовский-на-Дону электровозоремонтный завод - филиал АО «Желдорреммаш», 22:49, 17.07.2026, Россия |
460 |
| Ростовский-на-Дону ЭРЗ (РЭРЗ, входит в АО «Желдорреммаш») освоил средний ремонт магистральных электровозов серии «Дончак». Предприятие стало первым в европейской части России, получившим право выполнять ремонт локомотивов этой серии. Межведомственная комиссия в составе представителей РЖД согласовала программу среднего ремонта в объеме 200 секций электровозов. |
|
| Внимание! Расширенная акция на оборудование B-Power: лазеры, токарные и фрезерные центры, установки лазерной очистки, «БОДОР», 22:25, 17.07.2026, Россия |
314 |
| Компания БОДОР объявляет акцию на оборудование B-Power: лазерные станки C3015, токарные центры CTN500, автоматы BXL-46, фрезерные LV и очистные PulseClean. Выгодные цены, количество ограничено. Успейте! |
 |
| Светогорский ЦБК провел День семьи в Светогорске, НПАО Светогорский ЦБК, 22:21, 17.07.2026, Россия |
304 |
| 8 июля, в День семьи, любви и верности, компания «Светогорский ЦБК» организовала серию мероприятий, направленных на профориентацию молодежи и сплоченность разных поколений людей, родственники которых работают на целлюлозно-бумажном комбинате в Ленинградской области. Мероприятие разработали и провели сотрудники-волонтёры, а посетило его около 200 человек. |
 |
| Светогорский ЦБК провел День семьи в Светогорске, НПАО Светогорский ЦБК, 22:21, 17.07.2026, Россия |
77 |
| 8 июля, в День семьи, любви и верности, компания «Светогорский ЦБК» организовала серию мероприятий, направленных на профориентацию молодежи и сплоченность разных поколений людей, родственники которых работают на целлюлозно-бумажном комбинате в Ленинградской области. Мероприятие разработали и провели сотрудники-волонтёры, а посетило его около 200 человек. |
|
| ГК «Силтэк» запустила новую линию по выпуску ушных бирок для животных, ГК "Силтэк", 21:55, 17.07.2026, Россия |
48 |
| Группа компаний «Силтэк», разработчик и производитель средств идентификации животных, на заводе «Альфа-Силтэк» (входит в ГК «Силтэк») запустила в промышленную эксплуатацию новую высокопроизводительную линию по выпуску ушных бирок для животных линейки «Силфлекс». |
 |
|
|
