Разработка фаззи-контроллера для анализа данных мониторинга состояния горных пород и выработок

Abstract

В статье представлены результаты исследований по разработке интеллектуальных алгоритмов на основе методов нечеткой логики для информационной системы обеспечения безопасности подземных горных работ с учетом комплексной оценки, оперативного прогнозирования и вероятных сценариев развития геомеханических процессов. Для предупреждения аварийных ситуаций, вызванных потерей равновесия геотехнической системы в обстановке неопределенности поведения породного массива, разработан фаззиконтроллер, который формирует дополнительный управляющий сигнал. Для фаззи-контроллера обоснованы методы фаззификации, инференции и дефаззификации данных, выработаны лингвистические правила управления параметрами геотехнической системы. В Matlab разработана программная модель предложенной системы и выполнено моделирование ее работы с решением задачи Коши методом Рунге-Кутта 4-го порядка. Моделирование показало работоспособность и статическую устойчивость разработанных алгоритмов. Выходной сигнал фаззи-контроллера может быть использован как информационный для оценки степени опасности геотехнической системы и предупреждения возможных аварийных ситуаций, что обеспечит повышение безопасности труда на горных предприятиях.

У статті представлені результати досліджень по розробці інтелектуальних алгоритмів на основі нечіткої логіки для інформаційної системи забезпечення безпеки підземних гірничих робіт з урахуванням комплексної оцінки, оперативного прогнозування і ймовірних сценаріїв розвитку геомеханічних процесів. Для попередження аварійних ситуацій, викликаних втратою рівноваги геотехнічної системи в обстановці невизначеності поведінки породного масиву, був розроблений фазиконтролер, який формує додатковий керуючий сигнал. Для фазі-контролера обґрунтовані методи фазифікації, інференції і дефазифікації даних, вироблені лінгвістичні правила управління параметрами геотехнічної системи. У Matlab розроблена програмна модель запропонованої системи і виконано моделювання її роботи з рішенням задачі Коші методом Рунге-Кутта 4-го порядку. Моделювання показало працездатність і статичну стійкість розроблених алгоритмів. Вихідний сигнал фазі-контролера може бути використаний як інформаційний для оцінки ступеня небезпеки геотехнічної системи і попередження можливих аварійних ситуацій, що забезпечить підвищення безпеки праці на гірничих підприємствах.

The article presents results of study of intelligent fuzzy logic algorithms developed on the basis of fuzzy logic methods for information system of the mine safety system with taking into account total assessment, operational forecasting and possible scenarios of geomechanical development. In order to prevent emergency situations caused by the lost geotechnical system stability due to the uncertain behavior of the rock mass, a new fuzzy controller was designed which could generate an additional control signal. For the fuzzy controller, methods of data fuzziness, inference and defuzziness were validate, and linguistic rules were designed in order to control parameters of the geotechnical system. With the help of the Cauchy problem solved by Runge-Kutta method of the 4th order, the Matlab designed a software model of the proposed system which simulated the system operation. The model has proved operability and static stability of the developed algorithms. Output signal of the fuzzy controller can be used as information for estimating risk for geotechnical systems, preventing possible emergency situations and, consequently, can improve job safety in the mines.