Пупков К.А. - Сборник лаб по курсу УТС (1072098), страница 7
Текст из файла (страница 7)
е. преобразование полученных результатов в четкую величину управляющего воздействия (дефазификапия). Рие. 8Л. Структуре иечеткого логического регуляторе Рассмотрим нечеткий логический регулятор для стабилизации работы парового котла, На нормальную работу парового котла влияют такие параметры, как давление и температура окружающей среды, температура нагревателя и т. и. В качестве исходных данных используются показания датчиков давления и температуры в котле. Требуется создать нечеткий регулятор управления ходом клапана для обеспечения максимально устойчивой работы котла. В данном случае используются три лингвистические переменные (ЛЩ: температура, давление и степень открытия или закрытия клапана.
1.Фазификация реальных данных. На этом этапе необходимо получить функции принадлежности входных переменных (в данном случае давления и температуры). Лингвистическая переменная «давление» имеет три качественных значения, называемых термами: — «ниже нормы», «норма», «выше нормы».
Качественные значения ЛП фазифицируются с помощью функций принадлежности, которые задаются в графическом виде н изменяются в интервале от 0 до 1. Каждому значению функции принадлежности соответствует определенное количественное значение давления (в атмосферах). Для давления «ниже нормы» функция принадлежности п(р) = 1 при значении давления 70 атм, «норм໠— 80 атм, «выше нормы» — 90 атм. На рис. 8.2 показаны функции принадлежности лингвистической переменной «давление»: по оси абсцисс — функция принадлежности, по оси ординат— Редактор функций принадлежности (пИе<111) используется для определения формы функций принадлежности для каждой переменной.
Редактор правил (го!ее<11!) служит для редактирования текста правил при описании поведения системы. 2. Анализ состояния объекта управления и определение степени воздействия на него. На этом этапе необходимо проанализировать процессы, происходящие в паровом котле, и в соответствии с ними определить степень воздействия на клапан. Экспертом предложен следующий набор правил, используя который нечеткий регулятор способен стабилизировать состояние системы. Правило 1.
Если «давление» «нормальное» и «температура» «высокая», то клапан <<почти открыт». Правило 2. Если «давление» «выше нормы» или «температура» «очень высокая», то клапан «открыт». Правило 3. Если «давлснис» «нормальное» и «температура» «средняя», то клапан «почтн закрыт». Правило 4. Если «давление» «ниже нормы» или «температура» «невысокая», то клапан «закрыт». Правила 1 и 3, т. е. операция И, осуществляются с помощью блока, реализующего нечепсий логический минимум.
Функция пнп обнаруживает самую низкую входную оценку и передает ее значение на выход блока. Правила 2 и 4, т. е. операция ИЛИ, осуществляются с помощью блока, реализующего нечеткий логический максимум. Функция шах обнаруживает самую высокую входную оценку и помещает ее на выход. Редактор правил изображен на рис.
8.3. Используя вьппспривсденные правила, регулятор вырабатывает четыре лингвистических «меры воздействия» на клапан парового котла, Функции принадлежности «меры воздействия на клапан», т. е, степень открытия илн закрытия клапана <<соткрыт», «почти открыт»„«закрыл», «почти закрыт») показаны на рнс. 8.4. Они задаются в виде треугольных функций при помощи процедуры !гнпп. 3. Дефазификация выходных переменных регулятора.
Процесс дефазификации реализуется с помощью функции сеп<гоЫ, которая выполняет преобразование ЛП, состоящей из лингвистических термов, с использованием метода среднего максимума. Например, для тсрмов, представленных отдельными тонами (з1п81етопз), где положение отдельных тонов определено уровнями поддержки (У1,..., 1и). Входы функциональных блоков всегда используются в парах, так как каждый лингвистический терм взвешивается с соответствУющей степенью пРинадлежности (1зу;,..., ц „). Я~ЩЩфЩЩЯЯЯЯй8Я~~~~,';;;, ~",:.'-;,!.:: =-";,"Р-';,~':-'.";,.:.',,':,:„,, 1~,, !о!»! уе Ее 'Ма Орь»» 1 Р. Рис.
ЗЗ. Редактор правил Имея четыре независимых лингвистических «меры воздействия» на клапан котла, необходимо объединить нх с учетом следующих факторов: граничные коэффициенты 1! и У4 выбираются из расчета максимальной точности выходного воздействия, а промежуточные коэффициенты Г2и Уз выбираются таким образом, 46 чтобы выходная переменная достаточно плавно изменяла свое значение. Соответственно на вход !з ! следует подать значение «клапан открьгг», на вход !Б 2 — «клапан почти открыт», на вход руз — «клапан почти закрыт» и на вход р з — «клапан закрыл». У СЗе ЕБЕ ' Бее Г!8 'ееееа!ее ~М " .'Ы Ееееееее меме не» е Н«е е!«ее а ( \в! еаее ее«Бее ееееег ееееао НееЕее !еЫ е» МГ !е еы !есЮГ ГВ! 00 ! ! ЗЗЗЗ.!.!Ее О! 3 ЗЗБО! Рис.
8.4. Функлин принадлежности лингвистической пораненной «мера воздсйствн» на клапан» Выходное значение г' представлено в виде интервала значений напряжения от 0 до !ОООО мВ (Π— «клапан закрыт», 10000 — «клапан открыт!>), Используя преобразователь, можно получить любую необходимую «меру воздействия» на управляемый объект. Порядок выполнения работы 1. Ознакомиться с йогу-библиотекой пакета МАТЮКАВ (гикну 1.оя1с Тоо!Ьох) на демонстрационных примерах в режиме командной строки: обзор методов приведения к четкости (дебзжЬп) гра- фического интерфейса (трещов), системы управления уровнем воды в баке (з1гавк) в Ящп)1п1с с просмотром нечетких правил (з1гяп1сгв!е) и т.
д. 2. Сосгавить с помощью Р18-редактора (йхяу) схему функционирования нечеткого логического регулятора работы парового котла н реализовать ее средствами 81пш11пк. Необходимо помнить, что функщюнирование блока НЛР осуществляется с использованием системной Я-функции з111злпех. Запись этой функции: оп1рпг=яапа(1, х, и, Пай, г1апаг). Здесь ои1рщ — выход НЛР; ~„х, йай — стандартные аргументы системной функции 81щп11пк; н — входной сигнал (вектор входных сигналов) НЛР; йзща~ — идентификатор (нмя) нечеткой системы вывода.
Данные для имитации входных воздействий по температуре и давлению взять у преподавателя. 3. Исследовать динамические характеристики НЛР, изменяя характер функционирования системы (т. е. изменяя правила, функции принадлежности, метод приведения к четности и т. д.). Отчет по лабораторной работе должен содержать: 1) схему н программу моделирования НЛР для стабилизации работы парового котла; 2) графики поведения входных и выходных НЛР; 3) выводы по результатам анализа исследуемой системы.
Контрольные вопросы 1, Для чего необходимо нечеткое управление? 2. В чем состоят особенности нечеткого управления? 3. Какие существуют типы НЛР? 4. Каковы способы составления правил нечеткого управления? 5. Как обрабатываются неточные знания? 6. Как выбираются функции принадлежности? 7. По каким правилам осуществляется преобразование нечеткой информации? 8.
Как перейти к четкому воздействию на управляющий орган? 9. Какова структура нечеткого логического регулятора? 10. В каких областях наиболее предпочтительно использование нечеткой логики? 48 Работа № 9 ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНЫЕ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ МЕТОДОМ ГАРМОНИЧЕСКОГО БАЛАНСА Цель работы — освоение методологии и приобретение навыков практического применения метода гармонического баланса для анализа автоколебательных режимов и оценки их параметров в нелинейных системах автоматического регулирования.
Продолжительность работы 4 часа. Теоретическан часть Метод гармонического баланса применяется для выявления возможных автоколебательных режимов в нелинейных системах и получения оценок параметров автоколебаний. Использование метода гармонического баланса ограничивается рядом условий: математическая модель автоматической системы должна быть представлена в виде совокупности линейной динамической и нелинейной статической частей (рис. 9.1); линейная динамическая часть автоматической системы должна обладать свойствами фильтра низких частот.
Нелинейнел часть системы Рис. 9Л. Структурная схема нелинейной системы Условия возникновения автоколебаний формально представляются в виде системы уравнений относительно двух параметров: амплитуды а и частоты о гармонических колебаний на входе нелинейности. Эти уравнения, получившие название уравнений гармонического баланса, существуют в различных формах. Если 49 решение системы уравнений гармонического баланса существует при действительных значениях а = алк и в = вА1<, то говорят, что в нелинейной системе существуют предельные циклы. Если предельный цикл устойчив, то в нелинейной системе возможны автоколебания с параметрами аА(г и вА1<.
Если предельные циклы отсутствуют, или они неустойчивы, то автоколебания в замкнутой нелинейной системе невозможны. В лабораторной работе используется запись уравнения гармонического баланса в частотной области, которое для однокоитурной системы с одной нелинейностью может быль представлено в виде 1 И'11(у'в) = — — — — —, Кн(а в) (9.1) где ИЛ( 1в) — комплексная частотная характеристика линейной части системы; Кн(а,в) — эквивалентный комплексный коэффи- циент гармонический линеаризацин нелинейной части системы (ККГЛ), КН(а,в) = д(а,в) + 29'(а,в), (9.2) где фа,в), д'(а,в) — первый и второй коэффициенты гармоннче- ской линеаризации нелинейной части системы соответственно, вычисляемые по формулам: 2а д(а,в)= — ) Г(х)э1пу Ар, ц~=в ц я а (9.3) 2я д'(а,в)= — ) Г(х)соз~р Ну, ~р=в г, па сти. 50 где Г(х) — статическая характеристика нелинейной части системы; х(т) =азшв т — гармонический сигнал на входе нелинейно- Выражения для коэффициентов гармонической линеаризации типовых нелинейных статических характеристик приведены в таблице 9.1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
