Мультиагентный алгоритм оптимального управления нелинейными переключательными системами на примере электроподвижного состава

Резюме: В статье рассматривается задача оптимизации управления переключательной системой на примере электроподвижного состава железных дорог (ЭПС ЖД). Процессы в такой системе имеют два уровня описания: на нижнем, описывающем физические особенности её работы, в каждом режиме она представляется дифференциальными или разностными уравнениями, а на верхнем уровне – дискретно-логическим процессом переключения режимов. Предложена обобщенная постановка задачи, характерная для многих типов многорежимных динамических объектов, в частности, ЭПС ЖД. Она предполагает поиск оптимальной стратегии управления как решение задачи структурно-параметрического синтеза. Предложен мультиагентный оптимизационный алгоритм её решения, осуществляющий поиск глобального экстремума функционала, определённого на множестве допустимых траекторий движения объекта. Вычислительные эксперименты с эталонной моделью объекта управления показали, что использование разработанного алгоритма позволяет улучшить качество управления по сравнению с используемым ранее, что выражается в потенциальной экономии электроэнергии на тягу поездов примерно 2%.

Ключевые слова: переключательная система, многорежимный подвижный объект, оптимальное управление, оптимизационный алгоритм, мультиагентная система, вычислительный эксперимент.

K.I. Yurenko

Multi-agent optimal control algorithm nonlinear switching systems on the example of electric rolling stock

Summary: The article deals with the problem of optimizing the control of the switching system on the example of electric rolling stock (ERS) of railways. The processes in such a system have two levels of description: at the lower level, describing the physical features of its operation, in each mode it is represented by differential or difference equations, and at the upper level – a discrete-logical process of switching modes. A generalized formulation of the problem is proposed, which is typical for many types of multimode dynamic objects, in particular, ERS railway. It involves the search for an optimal management strategy as a solution to the problem of structural-parametric synthesis. A multi-agent optimization algorithm for its solution is proposed, which searches for the global extremum of the functional defined on the set of permissible trajectories of the object. Computational experiments with the reference model of the control object have shown that the use of the developed algorithm makes it possible to improve the quality of control compared to the one used earlier, which is expressed in the potential savings of electricity for train traction by about 2%.

Keywords: switching system, multi-mode moving object, optimal control, optimization algorithm, multi-agent system, com- putational experiment.

DOI:10.34219/2078-8320-2022–13-5-107-110