Нечеткая система определения уровня аэродинамических воздействий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Нечеткая система определения уровня аэродинамических воздействий

Фролов Александр Владимирович

Для определения уровня аэродинамических воздействий разработана система на базе нечёткой логики, включающая в себя две входные лингвистические переменные, такие как скорость ветра и курсовой угол ветра, и одну выходную - уровень аэродинамических воздействий. В работе представлены нечёткие множества, соответствующие термам указанных лингвистических переменных.

Похожие материалы

· К вопросу о разработке нечетких систем в fuzzy logic toolbox

· Нечеткая система оценки компетентности эксперта

· Система оценки реализуемости и привлекательности инновационного проекта

· Нечеткая система управления успокоителем качки судна

· Сравнительный анализ программных продуктов оценки инвестиционных проектов

Для разработки указанной нечёткой системы выбран программный продукт WinFACT фирмы Kahlert [2], обладающий широкими возможностями по разработке нечётких систем.

Для определения уровня аэродинамических воздействий на судно введены в рассмотрение две входные лингвистические переменные (скорость ветра, курсовой угол ветра) и одна выходная лингвистическая переменныя (степень влияния ветра) [1]. переменная лингвистический логика ветер

В качестве функций принадлежности для задания термов входных лингвистических переменных выбраны Z-образная, трапециевидная и S-образная функции принадлежности, а выходной - Z-образная, треугольная и S-образная функции принадлежности.

Скорость кажущегося ветра Vk формировалась, исходя из отношения к её максимальному значению. Базовое терм-множество первой лингвистической переменной "скорость ветра" определено следующими термами: слабый, средний, сильный. Границы функции принадлежности первой входной лингвистической переменной выбирались таким образом, чтобы при значении функции принадлежности, равном 0,5, относительное изменение давления ветра в рамках каждого терма было одинаковым, а относительная ширина нечеткой зоны соответствовала рекомендациям экспертов (рис. 1).

Рисунок 1. Термы первой входной лингвистической переменной "скорость ветра"

Вторая входная лингвистическая переменная "курсовой угол ветра" состоит из 10 термов: область 1, область 2, …, область 10. Ширина соответствующих областей курсовых углов Kw для каждого терма определялась из расчёта, чтобы изменение значения аэродинамической силы в ней составляло около 33% от максимального значения относительной вариации аэродинамической силы при изменении курсового угла ветра в пределах [-180; 180]°.

Рисунок 2. Термы второй входной лингвистической переменной "курсовой угол"

Выходная лингвистическая переменная "уровень аэродинамического воздействия" Fa на судно определялась следующими термами: "очень малый, "малый", "средний", "высокий" и "очень высокий" (рис. 3).

Рисунок 3. Термы выходной лингвистической переменной

Система нечётких продукций нечеткой системы определения уровня аэродинамических воздействий состоит из 30 правил, матричный и табличный вид которых представлен на рисунках 4 и 5 соответственно.

Рисунок 4. Система нечётких продукций в виде Матрицы

Рисунок 5. Система нечётких продукций в виде таблицы

В качестве метода нечёткого логического вывода используется метод Мамдани, получивший широкое распространение из-за простоты и удовлетворительного качества нечётких систем управления на его основе.

Графическое представление трехмерной поверхности нечеткого логического вывода разработанной нечеткой системы представлено на рис. 6., а в виде контурных линий - на рис. 7.

Рисунок 6. Трёхмерная поверхность системы нечёткого вывода

Рисунок 7. Графическое представление в виде контурных линий

На рис. 8 представлен процесс опытной эксплуатации разработанной нечеткой системы, включающий max-конъюнкцию и min-дизъюнкцию, а в качестве метода дефаззификации использовался метод центра тяжести.

Рисунок 8. Опытная эксплуатация нечеткой системы определения уровня аэродинамических воздействий

Проведенный цикл тестирующих испытаний разработанной нечёткой системы показал, что замена трапециевидных функций принадлежности для нечетких множеств, соотсветсвующих некоторым термам нечеткой системы определения уровня аэродинамических воздействий, на треугольные функции принадлежности изменяет результат незначительно.

Разработанная нечёткая система определения уровня аэродинамических воздействий может стать основой при разработке различных нечётких и гибридных [3] интеллектуальных систем, использующихся в судовождении и обеспечивающих безопасное мореплавание [4-10].

Список литературы

1. Студеникин, Д.Е. Прогнозирование параметров движения судна на основе нечёткой логики: автореф. дис. канд. техн. наук: 05.22.19 / Студеникин Дмитрий Евгеньевич. - ФБОУ ВПО "Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф. Ушакова", Новороссийск, 2012. - 24 с.

2. Designing fuzzy systems [Электронный ресурс] / Продукция фирмы Kahlert - Электрон. дан. - Режим доступа: http://www.kahlert.com/web/english/e_fuzzyneuro.php, свободный. - Загл. с экрана.

3. Седов В.А., Седова Н.А. Гибридная система управления судном // Научно-технический вестник Поволжья. - 2013. - №. 2, с. 204-207.

4. Седов В.А., Седова Н.А. Нечётко-продукционная модель определения дальности видимости // В сборнике: Международна научна школа "Парадигма". Лято-2015 сборник научни статии в 8 тома. ВАРНА, 2015. С. 150-156.

5. Седов В.А., Седова Н.А. Определение степени опасности столкновения судов по характеру изменения наблюдаемых полярных координат с помощью теории нечетких множеств // Международная конференция по мягким вычислениям и измерениям. 2014. Т. 1. С. 103-105.

6. Седов В.А., Седова Н.А., Перечесов В.С. Нечеткая система удержания судна на курсе // Южно-Сибирский научный вестник. 2012. № 1. С. 86-87.

7. Седова Н.А., Перечёсов В.С., Седов В.А. Удержание судна на курсе на базе нечеткой логики с учетом скорости судна // Автоматизация процессов управления. - 2013. - № 2. - С.74-79.

8. Седова Н.А., Седов В.А. Использование теории нечётких множеств для оценки опасности столкновения судов по их взаимному расположению // В сборнике: Международна научна школа "Парадигма". Лято-2015 сборник научни статии в 8 тома. ВАРНА, 2015. С. 273-279.

9. Седова Н.А., Седов В.А. Логико-лингвистическая модель оценки уровня аварийных ситуаций // Современная наука: актуальные проблемы теории и практики. Серия: Естественные и технические науки. 2016. № 2. С. 65-69.

10. Седова Н.А., Сясин Д.Ю. Логико-лингвистическая модель определения степени опасности столкновения судов в зоне чрезмерного сближения // Бюллетень транспортной информации. - 2014. - №. 12 (234), с. 23-26.

Размещено на Allbest.ru