.

Построение информационно-управляющей системы с элементами искусственного интеллекта

Язык: русский
Формат: курсова
Тип документа: Word Doc
0 426
Скачать документ

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.

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.

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)

, равным

Передаточная функция системы численно равна:

(1.19)

Построение логарифмических АЧХ и ФЧХ нескорректированной системы.

, 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)

на частотах

.

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;

сопрягается следующая прямая с наклоном -20 дб/дек по отношению к
предыдущей прямой .Эта прямая проводится до частоты сопряжения

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

;

, 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:

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.

.

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)

-время регулирования квазистационарной системы, т.е. один из заданных в
условии показателей качества;

, определяемый по графику зависимости [1],

проводится участок ЛАЧХ на средних частотах с наклоном –20дб/дек.

(1.28)

(1.29)

дб/дек.

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

– 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.

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)

между выходными сигналами объекта и его модели к параметрам объекта
управления.

-изменение вектора параметров модели, равное

. Тогда

и функционал качества приобретает вид

(2.2)

модели объекта управления. Взяв частную производную от минимизируемого
функционала по настраиваемым параметрам на интервале времени

, получим

(2.3)

где

тогда

(2.4)

.

(2.5)

(2.6)

Здесь

соответственно.

.

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.

, 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.

ошибку рассогласования регулируемого процесса

-изменение вектора параметров управляющего устройства.

3.1. Синтез адаптивной системы управления нестационарным объектом с
элементами искусственного интеллекта.

, и задающего воздействия

.

(3.1.1)

где

(3.1.2)

(3.1.3)

здесь

с учетом (3.1.3), получим

(3.1.4)

-вектор настраиваемых параметров регулятора (управляющего устройства),
обеспечивающий качество регулируемого процесса.

-том цикле может указать самонастраивающаяся модель объекта, положим в
уравнении (3.1.4)

(3.1.5)

-го цикла будет иметь вид

(3.1.6)

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.

в (3.1.7), получим

(3.1.12)

, с учетом выражения (3.1.8) получим:

(3.1.13)

(3.1.14)

Тогда

(3.1.15)

.

:

(3.1.16)

где

(3.1.17)

Тогда

(3.1.18)

.

Аналогично

(3.1.19)

(3.1.20)

где

(3.1.21)

Тогда

(3.1.22)

.

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.

U(t)

U’(t)

U(t)

Y1’’(t)

Y1’(t)

Y1(t)

Y2’’(t)

Y2’(t)

Y2(t)

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Похожие документы
Обсуждение

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
Заказать реферат!
UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2020