Online video hd
Смотреть фильмы бесплатно
Официальный сайт aktuell 24/7/365
Смотреть видео бесплатно
|
||||||||||||
|
РефератыКибернетика (87)Построение информационно-управляющей системы с элементами искусственного интеллекта
Размер: 118.39 KB
Скачан: 303 Добавлен: 07.10.2005 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ СУМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра автоматики и промышленной электроники ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К курсовому проекту на тему: “ Построение информационно-управляющей системы с элементами искусственного интеллекта.” По дисциплине: “Элементы систем автоматического контроля и управления.”
Сумы 2000 г. СОДЕРЖАНИЕ. ВВЕДЕНИЕ. 1.СИНТЕЗ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КВАЗИСТАЦИОНАРНЫМ ОБЪЕКТОМ. 1. Построение информационной управляющей системы с элементами самонастройки. 1.2 Построение логарифмических АЧХ и ФЧХ и нескорректированной системы 1.3. Построение желаемых ЛАЧХ и ФЧХ скорректированной квазистационарной системы. 1.4. Построение ЛАЧХ корректирующего звена системы. 2.СИНТЕЗ ИНФОРМАЦИОННО-ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ИДЕНТИФИКАЦИИ ВВЕДЕНИЕ. При современном уровне развития науки и техники все большее распространение получают информационно-управляющие системы с элементами искусственного интеллекта на производстве, в быту, военной технике, а также там , где присутствие человека невозможно.Их особенностью является наличие в самой системе подсистем анализа и контроля состояния как самой системы управления так и состояния объекта управления с целью своевременного принятия решения и реагирования на внешние воздействия и изменения в самой системе. Системы автоматического контроля и управления должны обеспечить требуемую точность регулирования и устойчивость работы в широком диапазоне изменения параметров. Если раньше теория автоматического управления носила в основном линейный и детерминированный характер, решаемость теоретических задач определялась простотой решения, которое стремились получить в виде замкнутой конечной формы, то в настоящее время решающее значение приобретает четкая аналитическая формулировка алгоритма решения задачи и реализация его с помощью ЭВМ. 1.СИНТЕЗ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КВАЗИСТАЦИОНАРНЫМ ОБЪЕКТОМ Для нестационарного динамического объекта управления, поведение которого описывается нестационарными дифференциальными уравнениями вида (1.1): [pic] [pic][pic]введем условие квазистационарности на интервале [pic] (1.2) [pic] (1.3) Для решения задачи представим объект управления в пространстве состояний, разрешив систему (1.1) относительно старшей производной: Рис.1 [pic] Представим схему переменных состояний в форме Коши. Для этого введем переобозначение через z. Пусть (1.5) : [pic] Система (1.5)-математическая модель объекта управления в форме [pic] (1.6) где [pic] вектор состояний (1.7) [pic] производная вектора состояний (1.8) [pic] динамическая матрица о/у (1.9) [pic] матрица управления о/у (1.10) [pic] вектор управляющих воздействий (1.11) [pic] матрица измерений (1.12) Определяем переходную матрицу состояний в виде: Находим передаточные функции звеньев системы управления, для чего представляем систему дифференциальных уравнений (1.1) в операторной форме: [pic] [pic] (1.14) Вынесем общий множитель за скобки [pic] (1.15)
[pic] где Подставляем численные значения (см.т/з): [pic] [pic]
Используя заданный коэффициент ошибки по скорости, находим требуемый коэффициент усиления на низких частотах: [pic] [pic] Для обеспечения требуемого коэффициента усиления вводим пропорциональное звено с коэффициентом усиления [pic], равным Передаточная функция системы численно равна: [pic] (1.19)
2. Построение логарифмических АЧХ и ФЧХ нескорректированной системы. Заменив в выражении (1.19) [pic] , получим комплексную амплитудно- фазочастотную функцию разомкнутой системы: [pic] (1.20)
[pic] (1.21) Здесь [pic] (1.22) [pic] (1.23)
[pic] (1.24) Слагаемые [pic] на частотах [pic] равны нулю, а на частотах [pic]принимают значения [pic]. Соответственно, тогда логарифмическая амплитудно-частотная характеристика определяется выражением: [pic] (1.25) Определим частоты сопряжения: [pic] [pic] [pic] [pic] Для построения логарифмических частотных характеристик выбираем следующие масштабы: В этих масштабах откладываем: Через точку [pic] проводим прямую с наклоном -40 дб/дек, до частоты сопряжения[pic] на частоте [pic] сопрягается следующая прямая с наклоном -20 дб/дек по отношению к предыдущей прямой .Эта прямая проводится до частоты сопряжения [pic] на частоте [pic] сопрягается третья прямая с наклоном -20 дб/дек по отношению ко второй прямой. Третья прямая проводится до частоты сопряжения [pic] Полученная таким образом ломаная кривая представляет собой ЛАЧХ разомкнутой нескорректированной квазистационарной системы, первая прямая проходит с наклоном к оси частот-40 дб/дек;вторая-20 дб/дек;третья0 дб/дек; четвертая-20 дб/дек. Фазочастотная характеристика нескорректированной разомкнутой системы строится в тех же координатах согласно выражения (1.24) , где Алгебраическая сумма ординат всех четырех характеристик дает фазочастотную характеристику нескорректированной разомкнутой системы.. Для определения запасов устойчивости не скорректированной системы по амплитуде и по фазе необходимо: Произведенные построения показывают, что рассматриваемая система неустойчива как по амплитуде, так и по фазе. С целью достижения заданных показателей качества строим корректирующее звено. 1.3. Построение желаемых ЛАЧХ и ФЧХ скорректированной квазистационарной системы. 1.3.1. Определяется частота среза. [pic] (1.27) где [pic]-время регулирования квазистационарной системы, т.е. один из заданных в условии показателей качества; [pic] -коэффициент, зависящий от величины перерегулирования [pic] [pic] [pic]
[pic](1.28) [pic] (1.29) 1.3.4. По частоте [pic] графически находится величина амплитуды в децибелах на низких частотах [pic] и через точку [pic] проводится участок 1.3.5. По частоте [pic] графически определяется величина амплитуды в децибелах [pic] и через точку По виду желаемой ЛАЧХ построена желаемая ФЧХ и определены запасы устойчивости по амплитуде и по фазе. Произведенные построения показывают, что запасы устойчивости удовлетворяют заданным в техническом задании на проект. Учитывая то, что передаточная функция разомкнутой скорректированной системы определяется выражением [pic] или [pic] где [pic] - передаточная амплитудно-фазочастотная функция корректирующего звена, имеем [pic] Логарифмируя, получим [pic] (1.31) Из выражения (1.31) следует, что ЛАЧХ корректирующего устройства квазистационарной системы равна разности ЛАЧХ скорректированной и нескорректированной ЛАЧХ соответственно. Таким образом, вычитая ординаты ЛАЧХ нескорректированной системы из ординат желаемой ЛАЧХ на частотах сопряжения, получим ординаты ЛАЧХ корректирующего устройства, к-рая построена на той же схеме путем соединения частот сопряжения прямымыи с наклонами, соответствующими разностям. Согласно выполненных построений передаточная функция корректирующего устройства : [pic] (1.32) [pic] (1.33) рис.2
При снятии наложенных ограничений квазистационарности параметры объекта управления становятся функциями времени. Для выработки управляющих воздействий, близких к оптимальным, необходима информация о параметрическом состоянии объекта управления. Для этого необходимо решение задачи синтеза информационно-параметрической системы идентификации, т.е. нахождение ее структуры и алгоритма функционирования. Для решения поставленной задачи выбирается метод подстраиваемой модели объекта управления с параллельным включением. А в качестве процесса функционирования-итерационный процесс поиска минимизируемого функционала качества [pic], т.е. отделение процесса определения величины и направления изменения параметра от процесса перестройки параметра. Такой процесс позволяет производить оценку параметра при нулевых начальных условиях на каждом итеративном шаге, что сводит ошибку оценки параметра к [pic] и независящей от переходных процессов системы, вызванных перестройкой параметров модели. 2.2. Поиск минимизированного функционала качества. В качестве минимизированного функционала целесообразно выбрать интегральный среднеквадратический критерий качества вида: [pic] (2.1) сводящий к [pic] рассогласования [pic] между выходными сигналами объекта и его модели к параметрам объекта управления. [pic] где [pic]-изменение вектора параметров модели, равное [pic]
[pic] и функционал качества приобретает вид [pic] (2.2) Для нахождения структуры информационно-параметрической системы идентификации и ее алгоритма функционирования необходимо осуществить минимизацию функционала качества (2.2) по настраиваемым параметрам [pic] [pic], получим [pic] [pic] (2.3) где [pic] [pic] тогда
Полученная система интегро-дифференциальных уравнений (2.3,2.4) описывает структуру контура самонастройки информационно-параметрической системы идентификации по параметру [pic] и его алгоритм функционирования. [pic]
[pic] (2.6)
[pic] -коэффициенты передачи контуров самонастройки по параметрам [pic] соответственно. Полученная система интегродифференциальных уравнений (2.5-2.6) описывают структуру контуров самонастройки информационно-параметрической системы по параметру [pic]. В целом система интегродифференциальных уравнений (2.3-2.6) описывает структуру информационно-параметрической системы идентификации и ее алгоритм функционирования. Циклограмма работоспособности информационно-параметрической системы идентификации, поясняющая принцип ее работы, приведена на рис.3 3.ПОСТРОЕНИЕ АДАПТИВНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ НЕСТАЦИОНАРНЫМ ДИНАМИЧЕСКИМ Полученная структура системы управления квазистационарным объектом Выработанное управляющим устройством воздействие с учетом информации о параметрическом состоянии нестационарного объекта управления будет сводить к[pic] ошибку рассогласования регулируемого процесса Для оценки качества регулируемого процесса нестационарного объекта управления выберем интегральный критерий минимума среднеквадратической ошибки регулируемого процесса, зависящего от изменения параметров объекта управления [pic], изменения параметров управляющего устройства [pic], и задающего воздействия [pic](3.1.1) где [pic] (3.1.2) [pic] (3.1.3) здесь Решив выражение (3.1.2) относительно [pic] с учетом (3.1.3), получим где [pic]-вектор настраиваемых параметров регулятора (управляющего устройства), обеспечивающий качество регулируемого процесса. Учитывая то, что на состояние нестационарного объекта управления в каждом [pic]-том цикле может указать самонастраивающаяся модель объекта, положим в уравнении (3.1.4) [pic] (3.1.5) Тогда выражение сигнала ошибки регулируемого процесса [pic] для каждого [pic]-го цикла будет иметь вид
Подставляя значение [pic] выражения (3.1.6) в (3.1.1) имеем: (3.1.7) Минимизируя функционал качества (3.1.7) по вектору настраиваемых параметров регулятора на интервале [pic] где [pic] (3.1.9) [pic] (3.1.10)
Полученные выражения (3.1.8-3.1.11) описывают структуру и алгоритм функционирования системы анализа параметрического состояния нестационарного объекта управления в векторно-матричной форме. Подставляя значения [pic] в (3.1.7), получим [pic](3.1.12) Взяв частные производные от минимизируемого функционала качества [pic] по настраиваемым параметрам регулятора [pic], с учетом выражения (3.1.8) получим: [pic] [pic] (3.1.14) [pic] Тогда [pic] Полученные выражения (3.1.13-3.1.15) описывают контур самонастройки системы анализа параметрического состояния и принятия решения по параметру Поступая аналогично тому, как это было выполнено по параметру [pic], найдем структуру и алгоритм функционирования контура самонастройки анализа параметрического состояния и принятия решений по параметрам [pic] : [pic](3.1.16) [pic] где
Тогда
Полученная система уравнений (3.1.16-3.1.18) описывает структуру и алгоритм функционирования системы анализа параметрического состояния и принятия решения по параметру [pic]. Аналогично [pic] [pic] (3.1.19) [pic] (3.1.20) где
Тогда [pic] Полученная система интегродифференциальных уравнений (3.1.8-3.1.22) описывает структуру и алгоритм функционирования системы анализа параметрического состояния и принятия решений по параметрам [pic]. Пользуясь полученным алгоритмом функционирования, строим адаптивную систему оптимального управления нестационарным объектом управления с элементами искусственного интеллекта. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Построенная адаптивная система управления нестационарным объектом полностью соответствует заданной математической модели и удовлетворяет условиям технического задания. Соответствующие структурные схемы информационно-параметрической системы идентификации и адаптивной системы управления могут быть реализованы с помощью современной элементной базы и использоваться в промышленности, военно-промышленном комплексе и научных исследованиях. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ. 1.Г.С.Володченко,А.И.Новгородцев. Методические указания к комплексной курсовой работе.С.:СГУ,1996г. ----------------------- [pic] [pic][pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] ???????????????????????????[pic] [pic] [pic] [pic] [pic] U(t) [pic] [pic] U’(t) U(t) [pic] [pic] [pic] Y1’’(t) Y1’(t) Y1(t) Y2’’(t) Y2’(t) Y2(t) |
|
Смотреть онлайн бесплатно
Онлайн видео бесплатно