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
