МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ
СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Кафедра автоматики і промислової електроніки
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
До курсового проекту на тему: "Побудова інформаційно-керуючоїсистеми з елементами штучного інтелекту. "
З дисципліни:" Елементи систем автоматичного контролю іуправління. "
Проектував: студент групи ПЕЗ-51 Симоненко А.В.
Проверил: Володченко
Г.С.
Суми 2000
ЗМІСТ.
ВСТУП.
1.СІНТЕЗ СИСТЕМИ УПРАВЛІННЯ квазістаціонарних ОБ'ЄКТОМ.
1. Побудова інформаційної керуючої системи з елементами самонастроювання.
1.2 Побудова логарифмічних АЧХ і ФЧХ і нескорректірованнойсистеми
1.3. Побудова бажаних ЛАЧХ і ФЧХ скоригованої квазістаціонарнихсистеми.
1.4. Побудова ЛАЧХ коригуючого ланки системи.
2.СІНТЕЗ ІНФОРМАЦІЙНО-параметричних СИСТЕМИ ІДЕНТИФІКАЦІЇ
Нестаціонарних об'єктів УПРАВЛІННЯ.
2.1. Вибір методу синтезу системи.
2.2. Пошук мінімізованого функціонала якості.
3.ПОСТРОЕНІЕ адаптивні системи управління Нестаціонарна ДИНАМІЧНИХ
ОБ'ЄКТОМ.
3.1. Синтез адаптивної системи управління нестаціонарним об'єктом зелементами штучного інтелекту.
ВИСНОВОК.
Список використаних джерел.
ВСТУП.
При сучасному рівні розвитку науки і техніки все більшепоширення отримують інформаційно-керуючі системи з елементамиштучного інтелекту на виробництві, у побуті, військовій техніці, а такожтам, де присутність людини невозможно.Іх особливістю є наявністьв самій системі підсистем аналізу і контролю стану як самої системиуправління так і стану об'єкта управління з метою своєчасногоприйняття рішення та реагування на зовнішні впливи і зміни в самійсистемі.
Системи автоматичного контролю і управління повинні забезпечитинеобхідну точність регулювання і стійкість роботи в широкому діапазонізміни параметрів.
Якщо раніше теорія автоматичного управління носила в основномулінійний і детермінований характер, вирішується теоретичних завданьвизначалася простотою рішення, яке прагнули отримати у виглядізамкнутої кінцевої форми, то в даний час вирішальне значеннянабуває чітка аналітична формулювання алгоритму рішення задачі іреалізація його за допомогою ЕОМ.
1.СІНТЕЗ СИСТЕМИ УПРАВЛІННЯ квазістаціонарних ОБ'ЄКТОМ
1.1Построеніе інформаційної керуючої системи з елементамисамонастроювання.
Для нестаціонарного динамічного об'єкта управління, поведінка якого описується нестаціонарними диференціальними рівняннями виду (1.1):
введемо умова квазістаціонарних на інтервалі < p> (1.2)
(1.3)
Для вирішення задачі представимо об'єкт управління в просторі станів,дозволивши систему (1.1) відносно старшої похідної:
(1.4)
Отримана система рівнянь описує структуру об'єкта управління впросторі станів. Відповідна структурна схема представлена намалюнку 1.
Рис.1
Уявімо схему змінних станів у формі Коші. Для цьоговведемо переобозначеніе через z.
Нехай (1.5):
Система (1.5)-математична модель об'єкта управління у формі
Коші. Уявімо (1.5) векторів:
(1.6)де
вектор станів (1.7)
похідна вектора станів (1.8)
динамічна матриця о/у (1.9)
матриця управління о/у (1.10)
вектор керуючих впливів (1.11)
матриця вимірювань (1.12)
Визначаємо перехідну матрицю станів у вигляді:
Знаходимо передавальні функції ланок системи управління, для чогопредставляємо систему диференціальних рівнянь (1.1) в операторної формі:
(1.13)
(1.14)
Винесемо загальний множник за дужки
(1.15)
< br> Передавальна функція першої ланки
де
тоді
(1.16)
Підставляємо чисельні значення (см.т/з):
Передавальна функція другого ланки:
де
тоді
(1.17)
Підставляємо чисельні значення:
Використовуючи заданий коефіцієнт помилки по швидкості, знаходимо потрібнийкоефіцієнт підсилення на низьких частотах:
(1.18)
Для забезпечення необхідного коефіцієнта посилення вводимо пропорційнеланка з коефіцієнтом посилення, рівним
Передавальна функція системи чисельно дорівнює:
(1.19)
2. Побудова логарифмічних АЧХ і ФЧХ нескорректірованной системи.
Замінивши у виразі (1.19), отримаємо комплексну амплітудно-фазочастотную функцію розімкнутої системи:
(1.20)
Уявімо (1.20) в експоненційної формі:
(1.21)
Тут
(1.22)
(1.23)
Логаріфміруем вираз (1.22):
(1.24)
Складові на частотах
дорівнюють нулю, а на частотах приймають значення.
Відповідно, тоді логарифмічна амплітудно-частотнахарактеристика визначається виразом:
(1.25)
Визначимо частоти сполучення:
(1.26)
Для побудови логарифмічних частотних характеристик вибираємотакі масштаби:
-одна декада по осі абсцис-10 см;
-10 Дб по осі ординат-2 см;
-90 ° по осі ординат-4.5 см.
У цих масштабах відкладаємо:
-по осі частот-сполучаються частоти;
-по осі ординат-значення
Через точку проводимо пряму з нахилом -40 дб/грудня, до частотисполучення
на частоті сполучається наступна пряма з нахилом -20 дб/грудня повідношенню до попередньої прямій. Ця пряма проводиться до частоти сполучення
на частоті сполучається третього пряма з нахилом -20 дб/грудня повідношенню до другої прямої.
Третя пряма проводиться до частоти сполучення
Отримана таким чином ламана крива являє собою ЛАЧХрозімкнутого нескорректірованной квазістаціонарних системи, перша прямапроходить з нахилом до осі частот-40 дб/грудень; другу-20 дб/грудень; третья0 дб/грудень; четверта-20 дб/грудня.
Фазочастотная характеристика нескорректірованной розімкнутої системибудується в тих же координатах згідно виразу (1.24), де
-перший доданок-це пряма, що проходить паралельно осі частотна відстані;
-друге-четверте складові-тангенсоіди з точками перегину на частотахсполучення; в області високих частот асимптотично наближаються до,а при
Алгебраїчна сума ординат всіх чотирьох характеристик даєфазочастотную характеристику нескорректірованной розімкнутої системи ..
Для визначення запасів стійкості не скоригованої системи поамплітуді і по фазі необхідно:
-точку перетину сумарною ФЧХ з лінією спроектувати на ЛАЧХ,тоді відстань проекції цієї точки до осі частот буде величиною запасустійкості по амплітуді в дб. Якщо ж проекція цієї точки виявиться вищеосі частот, то запасу стійкості по амплітуді немає.
-проекція частоти зрізу на сумарну ФЧХ щодо лініївизначає величину запасу стійкості по фазі в градусах, якщо проекціяточки знаходиться вище лінії.
Проведені побудови показують, що розглянута системанестійка як за амплітудою, так і по фазі. З метою досягнення заданихпоказників якості будуємо коригуючий ланка.
1.3. Побудова бажаних ЛАЧХ і ФЧХ скоригованої квазістаціонарнихсистеми.
1.3.1. Визначається частота зрізу.
(1.27)
де-час регулювання квазістаціонарних системи, тобто один ззаданих в умові показників якості;
-коефіцієнт, що залежить від величини перерегулювання
, Який визначається за графіком залежності [1],
1.3.2. Через точку проводиться ділянку ЛАЧХ на середніх частотах знахилом -20дб/дек.
1.3.3. Визначаються сполучаються частоти
(1.28)
(1.29)
1.3.4. За частотою графічно знаходиться величина амплітуди вдецибелах на низьких частотах і через точку проводиться ділянку
ЛАЧХ з нахилом -40 або -60 дБ/дек. до її перетину на сполучаютьсячастоті з ділянкою ЛАЧХ на низьких частотах з нахилом дб/грудня.
1.3.5. За частотою графічно визначається величина амплітуди вдецибелах і через точку
проводиться пряма з нахилом -40 або -60 дБ/дек, яка визначаєхарактер бажаної ЛАЧХ в області високих частот.
По виду бажаної ЛАЧХ побудована бажана ФЧХ і визначені запасистійкості по амплітуді і по фазі.
Проведені побудови показують, що запаси стійкостізадовольняють заданим в технічному завданні на проект.
1.4. Побудова ЛАЧХ коригуючого ланки системи.
Зважаючи на те, що передавальна функція розімкнутого скоригованоїсистеми визначається виразом
або
де - передавальна амплітудно-фазочастотная функціякоригуючого ланки, маємо
Логаріфміруя, одержимо
(1.31)
З виразу (1.31) випливає, що ЛАЧХ коригуючого пристроїквазістаціонарних системи дорівнює різниці ЛАЧХ скоригованої інескорректірованной ЛАЧХ відповідно.
Таким чином, віднімаючи ординати ЛАЧХ нескорректірованной системи зординат бажаної ЛАЧХ на частотах сполучення, отримаємо ординати ЛАЧХкоригуючого пристрої, до-ті, яка побудована на тій же схемі шляхомз'єднання частот сполучення прямимиі з нахилами, відповіднимирізницям.
Відповідно до виконаних побудов передавальна функція коригуючогопристрої:
(1.32)
(1.33)
Розімкнуться система управління квазістаціонарних об'єктом, що складається зтрьох ланок, представлена на рис.2.
рис.2
2.СІНТЕЗ ІНФОРМАЦІЙНО-параметричних СИСТЕМИ ІДЕНТИФІКАЦІЇ
Нестаціонарних об'єктів УПРАВЛІННЯ.
2.1. Вибір методу синтезу системи.
При зняття накладених обмежень квазістаціонарних параметриоб'єкта управління стають функціями часу. Для вироблення керуючихвпливів, близьких до оптимальним, необхідна інформація про параметричноїстан об'єкта управління. Для цього необхідно рішення задачі синтезуінформаційно-параметричної системи ідентифікації, тобто знаходження їїструктури та алгоритму функціонування. Для вирішення поставленого завданнявибирається метод підлаштовуємося моделі об'єкта управління з паралельнимвключенням. А в якості процесу функціонування-ітераційний процеспошуку мінімізіруемого функціонала якості, тобто відділення процесувизначення величини та напряму зміни параметра від процесуперебудови параметра. Такий процес дозволяє робити оцінку параметрапри нульових початкових умовах на кожному кроці ітеративному, що зводитьпомилку оцінки параметра до і незалежні від перехідних процесівсистеми, викликаних перебудовою параметрів моделі.
2.2. Пошук мінімізованого функціонала якості.
Як мінімізованого функціонала доцільно вибратиінтегральний середньоквадратичних критерій якості виду:
(2.1)
що зводить до неузгодженості між вихідними сигналами об'єкта ійого моделі до параметрів об'єкта управління.
де-зміна вектора параметрів моделі, що дорівнює
-реакція об'єкта управління на керуючий вплив
-реакція моделі об'єкта управління на керуючий вплив
. Тоді
і функціонал якості набуває вигляду
(2.2)
Для знаходження структури інформаційно-параметричної системиідентифікації та її алгоритму функціонування необхідно здійснитимінімізацію функціонала якості (2.2) з розширеним параметрами
моделі об'єкта управління. Взявши приватну похідну відмінімізіруемого функціонала за розширеним параметрами на інтервалічасу
, отримаємо
(2.3)
де
тоді
(2.4)
Отримана система інтегро-диференціальних рівнянь (2.3,2.4)описує структуру контуру самонастроювання інформаційно-параметричноїсистеми ідентифікації по параметрі і його алгоритм функціонування.
Вступаючи аналогічно, знайдемо структуру і алгоритм функціонування контурусамонастроювання інформаційно-параметричної системи ідентифікації запараметрами.
(2.5)
(2.6)
Тут
-коефіцієнти передачі контурів самонастроювання за параметрамивідповідно.
Отримана система інтегродіфференціальних рівнянь (2.5-2.6)описують структуру контурів самонастроювання інформаційно-параметричноїсистеми по параметрі.
У цілому система інтегродіфференціальних рівнянь (2.3-2.6) описуєструктуру інформаційно-параметричної системи ідентифікації та її алгоритмфункціонування.
Циклограма працездатності інформаційно-параметричної системиідентифікації, що пояснюють принцип її роботи, наведено на рис.3
3.ПОСТРОЕНІЕ адаптивні системи управління Нестаціонарна ДИНАМІЧНИХ
ОБ'ЄКТОМ.
Отримана структура системи управління квазістаціонарних об'єктом
(рис.2) забезпечує стійкість та задані показники якості наінтервалі квазістаціонарних при умові постійних параметрівоб'єкта управління на цьому інтервалі часу. За наявності змінпараметрів об'єкта управління керуючий вплив, що виробляєтьсярегулятором (керуючим пристроєм) з жорсткою негативного зворотногозв'язком, не забезпечує стійкості і заданих показників якостіквазістаціонарних системи. В роботу вступає гнучка параметричназворотній зв'язок, тому що керуючому пристрою в цьому випадку необхіднаінформація про параметричної стані нестаціонарного об'єкта управління.
вироблене керуючим пристроєм вплив з урахуваннямінформації про параметричної стані нестаціонарного об'єкта управліннябуде зводити до помилку неузгодженості регульованого процесу
, Де-зміна вектора параметрів керуючого пристрою.
3.1. Синтез адаптивної системи управління нестаціонарним об'єктом зелементами штучного інтелекту.
Для оцінки якості регульованого процесу нестаціонарного об'єктауправління виберемо інтегральний критерій мінімуму середньоквадратичноїпомилки регульованого процесу, що залежить від зміни параметрів об'єктауправління, зміни параметрів керуючого пристрою, ізадає впливу
.
(3.1.1)
де
(3.1.2)
(3.1.3)тут
Вирішивши вираз (3.1.2) щодо з урахуванням (3.1.3), отримаємо
(3.1.4)
де-вектор параметрів, що настроюються регулятора (управителяпристрої), що забезпечує якість регульованого процесу.
Зважаючи на те, що на стан нестаціонарного об'єкта управлінняв кожному-тому циклі може вказати самоналагоджувальна модель об'єкта,покладемо в рівнянні (3.1.4)
(3.1.5)
Тоді вираз сигналу помилки регульованого процесу длякожного-го циклу буде мати вигляд
(3.1.6)
Підставляючи значення виразу (3.1.6) в (3.1.1) маємо:
(3.1.7)
мінімізуючи функціонал якості (3.1.7) за вектором настроюютьсяпараметрів регулятора на інтервалі
, одержимо
(3.1.8)
де
(3.1.9)
(3.1.10)
(3.1.11)
Отримані вирази (3.1.8-3.1.11) описують структуру і алгоритмфункціонування системи аналізу параметричного стану нестаціонарногооб'єкта управління в векторно-матричної формі.
Підставляючи значення в (3.1.7), отримаємо
(3.1.12)
Взявши приватні похідні від мінімізіруемого функціонала якостіза розширеним параметрами регулятора, з урахуванням виразу (3.1.8)отримаємо:
(3.1.13)
(3.1.14)
Тоді
(3.1.15)
Отримані вирази (3.1.13-3.1.15) описують контур самонастроюваннясистеми аналізу параметричного стану та прийняття рішення по параметрі
.
Вступаючи аналогічно тому, як це було виконано по параметру,знайдемо структуру і алгоритм функціонування контуру самонастроювання аналізупараметричного стану і прийняття рішень по параметрах:
(3.1.16)
де
(3.1.17)
Тоді
(3.1.18)
Отримана система рівнянь (3.1.16-3.1.18) описує структуру іалгоритм функціонування системи аналізу параметричного стану іприйняття рішення по параметрі.
Аналогічно
(3.1.19)
(3.1.20 )
де
(3.1.21)
Тоді
(3.1.22)
Отримана система інтегродіфференціальних рівнянь (3.1.8-3.1.22)описує структуру і алгоритм функціонування системи аналізупараметричного стану і прийняття рішень за параметрами.
Користуючись отриманими алгоритмом функціонування, будуємо адаптивнусистему оптимального управління нестаціонарним об'єктом управління зелементами штучного інтелекту.
ВИСНОВОК.
Побудована адаптивна система управління нестаціонарним об'єктомповністю відповідає заданої математичної моделі і задовольняєумов технічного завдання.
Відповідні структурні схеми інформаційно-параметричної системиідентифікації та адаптивної системи управління можуть бути реалізовані здопомогою сучасної елементної бази і використовуватися в промисловості,військово-промишленном комплексі та наукових дослідженнях.
Список використаних джерел.
1.Г.С.Володченко, А. И. Новгородцев. Методичні вказівки до комплексноїкурсової работе.С.: СГУ, 1996р.
2. Александров А.Г. Оптимальні і адаптивні сістеми.М.: Высш.шк. ,1989-263с.
3. Бесекерскій В.А., Попов Е.П. Теорія систем автоматичногорегулювання. 3-е изд., Испр. М.: Физматгиз, 1975.-768 с.
4. Збірник задач з теорії автоматичного регулювання і управління /під ред. В.А. Бесекерского. М.: Наука ,1978-512 с.
5.Ту Ю. Т. Цифрові й імпульсні системи автоматичного керування. М.:
Машиностроение, 1964.-703 с.
-----------------------< br>
???????????????????????????
U (t)
U '(t)
U (t)
Y1''(t)
Y1 '(t)
Y1 (t)
Y2''(t)
Y2' (t)
Y2 ( t)
