Реферат

Реферат Построение информационно-управляющей системы с элементами искусственного интеллекта

Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28

Поможем написать учебную работу

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

Предоплата всего

от 25%

Подписываем

договор

Выберите тип работы:

Скидка 25% при заказе до 1.4.2025


              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.”
Проектировал:студент группы ПЭЗ-51                Симоненко А.В.

Проверил:                                                       Володченко Г.С.
                                           Сумы   2000 г.

                                      СОДЕРЖАНИЕ.
ВВЕДЕНИЕ.
1.СИНТЕЗ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КВАЗИСТАЦИОНАРНЫМ  ОБЪЕКТОМ.
1.1           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 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)
 
                                             

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)                        

       
1.2           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.


1. Курсовая Правила перевозки нефтепродуктов
2. Реферат Переговоры об ограничении стратегических вооружений
3. Курсовая Промышленная политика в регионе
4. Курсовая Развитие математических представлений у дошкольников
5. Реферат Финансовый механизм Республики Беларусь
6. Лабораторная работа Лабораторная работа по Эконометрике
7. Реферат на тему Nicholas Ferrar Essay Research Paper Christian History
8. Реферат Одиночество в толпе
9. Реферат на тему Brain Cancer Essay Research Paper The body
10. Реферат Компенсация потери экологического равновесия