Заключение
Диссертационная работа посвящена решению научно-практической задачи повышения качества управления сложных нелинейных динамических объектов. В результате проведенных исследований разработаны модели и алгоритмы для синтеза нейроконтроллеров для управления вертикализацией экзоскелета.
В диссертационной работе получены следующие основные результаты.
1. Предложена базовая математическая модель вертикализации экзоскелета, позволяющая выявить закономерности и исследовать его динамические свойства, получены две скалярные величины, позволяющие оценивать качество работы системы управления вертикализацией экзоскелета и использовать их в качестве оптимизируемых функционалов;
2. Разработаны структурные решения для нейросетевого управления экзоскелетом, включающие:
- нейронную сеть встречного распространения ошибки, настраиваемую на модели объекта управления, позволяющую получить эмулятор объекта управления с последующей инверсией в нейроконтроллер последовательной схемы нейронного управления;
- нейросетевой эмулятор системы управления экзоскелетом в динамическом режиме, использующий pзадержанных управляющих сигналов и qзадержанных выходных сигналов;
- алгоритм настройки нейроных сетей для управления динамикой экзоскелета, позволяющий агрегировать оптимизированные функционалы качества в последовательной схеме нейросетевого управления;
- структурную схему нейросетевого управления, содержащую пять нейронных сетей автономной настройки и шестую нейронную сеть в качестве агрегатора, позволяющую построить нейросетевой контроллер для вертикализации экзолскелета с оптимизацией по точности и быстродействию;
3. Разработаны генетические алгоритмы настройки нейроконтроллеров для системы управления вертикализацией экзоскелета, включающие:
- вариационный генетический алгоритм и его входные параметры, позволяющий синтезировать многослойные нейронной сети для нелинейной системы управления;
- гибридный генетический алгоритм с итерационным процессом увеличения порядка задержек рекуррентной нейронной сети, позволяющий синтезировать нейроконтроллер для управления вертикализацией экзоскелета с одним оптимизируемыми критериями;
- гибридный генетический алгоритм с итерационным процесса оптимизации второго критерия при контроле нахождения первого критерия в области допустимых значений и Паретто-оптимизацией между процессами переключения настраиваемых критериев, позволяющий синтезировать систему управления вертикализацией экзоскелета с двумя оптимизируемыми критериями.
4.
Разработана методика формирования базы данных, отражающих зависимости между координатами звеньев экзоскелета и положением тела пациента в режиме «встал-сел», позволяющей формировать обучающие выборки для настройки нейроконтроллеров управления вертикализацией экзоскелета.5. Проведены экспериментальные исследования показателей качества управления вертикализацией экзоскелета при использовании нейроконтроллеров с разработанной структурой и настроенных по разработанным гибридным генетическим алгоритмам.
Рекомендации. Результаты диссертационного исследования могут быть использованы для построений нейроконтроллеров для управления биотехническими системами реабилитационного типа.
Перспективы дальнейшей разработки темы. Разработка систем управления для биотехнических систем с использованием биологических обратных связей, позволяющих контролировать функциональное состояние пациента и корректировать нейросетевое управление экзоскелетом.