Реферат: Построение информационно-управляющей системы с элементами искусственного интеллекта
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.”
Проектировал:студент группы ПЭЗ-51 Симоненко А.В.
Проверил: Володченко Г.С.
Сумы 2000 г.
СОДЕРЖАНИЕ.
ВВЕДЕНИЕ.
1.СИНТЕЗ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КВАЗИСТАЦИОНАРНЫМ ОБЪЕКТОМ.
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 НЕСТАЦИОНАРНОГО ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ.
2.1. Выбор метода синтеза системы.
2.2. Поиск минимизированного функционала качества.
3.ПОСТРОЕНИЕ АДАПТИВНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ НЕСТАЦИОНАРНЫМ ДИНАМИЧЕСКИМ ОБЪЕКТОМ.
3.1. Синтез адаптивной системы управления нестационарным объектом с элементами искусственного интеллекта.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.
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
1.1Построение информационной управляющей системы с элементами самонастройки.
Для нестационарного динамического объекта управления, поведение которого описывается нестационарными дифференциальными уравнениями вида (1.1):
введем
условие квазистационарности
на интервале
(1.2)
(1.3)
Для решения задачи представим объект управления в пространстве состояний, разрешив систему (1.1) относительно старшей производной:
(1.4)
Полученная система уравнений описывает структуру объекта управления в пространстве состояний. Соответствующая структурная схема представлена на рисунке 1.
Y1’’(t)
Y1’(t)
U(t)
U(t)
U’(t)
Y1(t)
Y2’’(t)
Y2’(t)
Y2(t)
Рис.1
Представим схему переменных состояний в форме Коши. Для этого введем переобозначение через z.
Пусть (1.5) :
Система (1.5)-математическая модель объекта управления в форме Коши. Представим (1.5) в векторной форме:
(1.6)
где
вектор
состояний
(1.7)
производная
вектора состояний
(1.8)
динамическая
матрица о/у
(1.9)
матрица
управления
о/у (1.10)
вектор
управляющих
воздействий
(1.11)
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:
(1.13)
(1.14)
Вынесем общий множитель за скобки
(1.15)
Передаточная функция первого звена
где
тогда
(1.16)
Подставляем численные значения (см.т/з):
Передаточная функция второго звена:
где
тогда
(1.17)
Подставляем численные значения:
Используя заданный коэффициент ошибки по скорости, находим требуемый коэффициент усиления на низких частотах:
(1.18)
Для
обеспечения
требуемого
коэффициента
усиления вводим
пропорциональное
звено с коэффициентом
усиления
,
равным
Передаточная функция системы численно равна:
(1.19)
Построение логарифмических АЧХ и ФЧХ нескорректированной системы.
Заменив
в выражении
(1.19)
, получим комплексную
амплитудно-фазочастотную
функцию разомкнутой
системы:
(1.20)
Представим (1.20) в экспоненциальной форме:
(1.21)
Здесь
(1.22)
(1.23)
Логарифмируем выражение (1.22):
(1.24)
Слагаемые
на частотах
равны
нулю, а на частотах
принимают
значения
.
Соответственно, тогда логарифмическая амплитудно-частотная характеристика определяется выражением:
(1.25)
Определим частоты сопряжения:
(1.26)
Для построения логарифмических частотных характеристик выбираем следующие масштабы:
-одна декада по оси абсцисс-10 см;
-10 дб по оси ординат-2 см;
-90° по оси ординат-4.5 см.
В этих масштабах откладываем:
-по оси частот-сопрягающие частоты;
-по
оси ординат-значение
Через
точку
проводим прямую
с наклоном -40
дб/дек, до частоты
сопряжения
на
частоте
сопрягается
следующая
прямая с наклоном
-20 дб/дек по отношению
к предыдущей
прямой .Эта
прямая проводится
до частоты
сопряжения
на
частоте
сопрягается
третья прямая
с наклоном -20
дб/дек по отношению
ко второй прямой.
Третья прямая проводится до частоты сопряжения
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
-первое
слагаемое
-это прямая,
проходящая
параллельно
оси частот на
расстоянии
;
-второе-четвертое
слагаемые-тангенсоиды
с точками перегиба
на частотах
сопряжения;
в области высоких
частот асимптотически
приближаются
к
, а при
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:
-точку
пересечения
суммарной ФЧХ
с линией
спроектировать
на ЛАЧХ, тогда
расстояние
проекции этой
точки до оси
частот будет
величиной
запаса устойчивости
по амплитуде
в дб. Если же
проекция этой
точки окажется
выше оси частот,
то запаса
устойчивости
по амплитуде
нет.
-проекция
частоты среза
на суммарную
ФЧХ относительно
линии
определяет
величину запаса
устойчивости
по фазе в градусах,
если проекция
точки находится
выше линии
.
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.
(1.27)
где
-время
регулирования
квазистационарной
системы, т.е.
один из заданных
в условии показателей
качества;
-коэффициент,
зависящий от
величины
перерегулирования
, определяемый
по графику
зависимости
[1],
1.3.2.
Через точку
проводится
участок ЛАЧХ
на средних
частотах с
наклоном –20дб/дек.
1.3.3.
Определяются
сопрягающие
частоты
(1.28)
(1.29)
1.3.4.
По частоте
графически
находится
величина амплитуды
в децибелах
на низких частотах
и через точку
проводится
участок ЛАЧХ
с наклоном -40
или –60 дб/дек.
до ее пересечения
на сопрягающей
частоте
с участком ЛАЧХ
на низких частотах
с наклоном
дб/дек.
1.3.5.
По частоте
графически
определяется
величина амплитуды
в децибелах
и через точку
проводится
прямая с наклоном
–40 или –60 дб/дек,
которая определяет
характер желаемой
ЛАЧХ в области
высоких частот.
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.
1.4. Построение ЛАЧХ корректирующего звена системы.
Учитывая то, что передаточная функция разомкнутой скорректированной системы определяется выражением
или
где
- передаточная
амплитудно-фазочастотная
функция корректирующего
звена, имеем
Логарифмируя, получим
(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 :
(1.32)
(1.33)
Разомкнутая система управления квазистационарным объектом, состоящая из трех звеньев, представлена на рис.2.
рис.2
2.СИНТЕЗ ИНФОРМАЦИОННО-ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ИДЕНТИФИКАЦИИ НЕСТАЦИОНАРНОГО ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ.
2.1. Выбор метода синтеза системы.
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
,
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
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:
(2.1)
сводящий
к
рассогласования
между выходными
сигналами
объекта и его
модели к параметрам
объекта управления.
где
-изменение
вектора параметров
модели, равное
-реакция
объекта управления
на управляющее
воздействие
-реакция
модели объекта
управления
на управляющее
воздействие
. Тогда
и функционал качества приобретает вид
(2.2)
Для
нахождения
структуры
информационно-параметрической
системы идентификации
и ее алгоритма
функционирования
необходимо
осуществить
минимизацию
функционала
качества (2.2) по
настраиваемым
параметрам
модели объекта
управления.
Взяв частную
производную
от минимизируемого
функционала
по настраиваемым
параметрам
на интервале
времени
,
получим
(2.3)
где
тогда
(2.4)
Полученная
система
интегро-дифференциальных
уравнений
(2.3,2.4) описывает
структуру
контура самонастройки
информационно-параметрической
системы идентификации
по параметру
и его алгоритм
функционирования.
Поступая аналогично,
найдем структуру
и алгоритм
функционирования
контура самонастройки
информационно-параметрической
системы идентификации
по параметрам
.
(2.5)
(2.6)
Здесь
-коэффициенты
передачи контуров
самонастройки
по параметрам
соответственно.
Полученная
система
интегродифференциальных
уравнений
(2.5-2.6) описывают
структуру
контуров
самонастройки
информационно-параметрической
системы по
параметру
.
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 ОБЪЕКТОМ.
Полученная
структура
системы управления
квазистационарным
объектом (рис.2)
обеспечивает
устойчивость
и заданные
показатели
качества на
интервале
квазистационарности
при условии
постоянства
параметров
объекта управления
на этом интервале
времени. При
наличии изменений
параметров
объекта управления
управляющее
воздействие
,
вырабатываемое
регулятором
(управляющим
устройством)
с жесткой
отрицательной
обратной связью,
не обеспечивает
устойчивости
и заданных
показателей
качества
квазистационарной
системы. В работу
вступает гибкая
параметрическая
обратная связь,
т. к. управляющему
устройству
в этом случае
необходима
информация
о параметрическом
состоянии
нестационарного
объекта управления.
Выработанное
управляющим
устройством
воздействие
с учетом информации
о параметрическом
состоянии
нестационарного
объекта управления
будет сводить
к
ошибку рассогласования
регулируемого
процесса
, где
-изменение
вектора параметров
управляющего
устройства.
3.1. Синтез адаптивной системы управления нестационарным объектом с элементами искусственного интеллекта.
Для
оценки качества
регулируемого
процесса
нестационарного
объекта управления
выберем интегральный
критерий минимума
среднеквадратической
ошибки регулируемого
процесса, зависящего
от изменения
параметров
объекта управления
,
изменения
параметров
управляющего
устройства
,
и задающего
воздействия
.
(3.1.1)
где
(3.1.2)
(3.1.3)
здесь
Решив
выражение
(3.1.2) относительно
с учетом (3.1.3), получим
(3.1.4)
где
-вектор
настраиваемых
параметров
регулятора
(управляющего
устройства),
обеспечивающий
качество
регулируемого
процесса.
Учитывая
то, что на состояние
нестационарного
объекта управления
в каждом
-том
цикле может
указать самонастраивающаяся
модель объекта,
положим в уравнении
(3.1.4)
(3.1.5)
Тогда
выражение
сигнала ошибки
регулируемого
процесса
для каждого
-го
цикла будет
иметь вид
(3.1.6)
Подставляя
значение
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
,получим
(3.1.8)
где
(3.1.9)
(3.1.10)
(3.1.11)
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
в (3.1.7), получим
(3.1.12)
Взяв
частные производные
от минимизируемого
функционала
качества
по настраиваемым
параметрам
регулятора
,
с учетом выражения
(3.1.8) получим:
(3.1.13)
(3.1.14)
Тогда
(3.1.15)
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
,
найдем структуру
и алгоритм
функционирования
контура самонастройки
анализа параметрического
состояния и
принятия решений
по параметрам
:
(3.1.16)
где
(3.1.17)
Тогда
(3.1.18)
Полученная
система уравнений
(3.1.16-3.1.18) описывает
структуру и
алгоритм
функционирования
системы анализа
параметрического
состояния и
принятия решения
по параметру
.
Аналогично
(3.1.19)
(3.1.20)
где
(3.1.21)
Тогда
(3.1.22)
Полученная
система
интегродифференциальных
уравнений
(3.1.8-3.1.22) описывает
структуру и
алгоритм
функционирования
системы анализа
параметрического
состояния и
принятия решений
по параметрам
.
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.
2. Александров А.Г. Оптимальные и адаптивные системы.М.:Высш.шк.,1989-263 с.
3. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. 3-е изд., испр. М.:Физматгиз, 1975.-768 с.
4. Сборник задач по теории автоматического регулирования и управления / под ред. В.А. Бесекерского. М.:Наука,1978-512 с.
5.Ту Ю. Т. Цифровые и импульсные системы автоматического управления. М.: Машиностроение,1964.-703 с.
Разработка алгоритмов контроля и диагностики системы управления ... | |
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ "ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ" Факультет І Кафедра "Системи та процеси ... Разработаны алгоритмы построения ориентации упругого космического аппарата, алгоритм стабилизации реактивных двигателей системы управления космического аппарата, алгоритм ... На базе разработанных алгоритмов и принятой модели космического аппарата, разработан программный комплекс, с применением среды визуального программирования DELPHI 7 и CAD системы ... |
Раздел: Рефераты по авиации и космонавтике Тип: реферат |
Кодеры речи | |
Глава1 Кодеры формы. Кодеры формы характеризуются способностью сохранять основную форму речевого сигнала. Кодеры формы не являются специфичными для ... Предполагается, что управляющий параметр может принимать значения в диапазоне [0, 1]. Для речевых сигналов он стремится к единице, Для сигналов, данных в диапазоне тональных частот ... Алгоритмы данного класса занимают промежуточное положение между кодерами формы сигнала, в которых сохраняется форма колебания речевого сигнала в процессе его дискретизации и ... |
Раздел: Рефераты по информатике, программированию Тип: реферат |
Развитие логического мышления учащихся при решении задач на построение | |
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ БЛАГОВЕЩЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДПГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Физико-математический факультет ... В учебном пособии И. К. Андронова и А. К. Окунева таким путем рассматривается, например, вопрос о введении понятия о тангенсе острого угла (решается задача о целесообразном наклоне ... Разрешение учебной задачи всегда заканчивается построением программы, предписания, алгоритма - получением ориентировочной основы для решения сходных задач. |
Раздел: Рефераты по педагогике Тип: дипломная работа |
Расчет линии связи для системы телевидения | |
Содержание 1. Введение 1.1. Общее описание системы спутникового телевизионного вещания 1.2. Краткое описание параметров системы связи 1.3.Краткое ... Добротность станции на прием G/T - отношение усиления антенны (в децибелах на частоте приема) к суммарной шумовой температуре станции (в децибелах относительно 1 К); достигает 42 ... 3.1 следует, что при треугольной форме спектра шума совместное действие цепей восстановления и взвешивания унифицированной цепью с = 245 нс при передаче и измерении сигнала в ... |
Раздел: Рефераты по коммуникации и связи Тип: курсовая работа |
Технология и автоматизация производства РЭА | |
2КОМИТЕТ РФ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ 2МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОНИКИ И МАТЕМАТИКИ 2(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) конспект лекций ... Адаптивно-промышленный робот - промышленный робот, управляемый тва заключается в построении параметрических уравнений фазовой траек- |
Раздел: Рефераты по радиоэлектронике Тип: реферат |