WWW.LIB.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные матриалы
 


Pages:     | 1 ||

«ПОВОЛЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ И ИНФОРМАТИКИ КАФЕДРА “ИНЖЕНЕРИЯ ЗНАНИЙ” С.Ю. Боровик «ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ...»

-- [ Страница 2 ] --

ПАКЕТОМ fuzzyTECH НА ПРИМЕРЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ РАБОТЫ

ПОДЪЕМНОГО КРАНА»

В данной лабораторной работе рассматривается пример применения нечеткого управления для предупреждения раскачивания груза на крюке крана.

Система управления подъемным краном Задача управления. Груз, поднимаемый краном, раскачивается, когда кран начинает перемещение или останавливается. Большая начальная скорость перемещения крана является источником колебаний груза на крюке. Обычно эти колебания понижаются посредством уменьшения начальной скорости перемещения крана. Использование нечеткого управления позволяет обеспечить высокую скорость перемещения крана с минимальным раскачиванием груза. Для простоты будем предполагать, что имеются колебания, которые появляются при торможении крана.

При торможении крана возникает отрицательное ускорение, которое приложено к грузу. Величина качания варьируется в зависимости от веса груза, его состояния, метода подвешивания груза на крюке, высоты крана, величины ускорения и т.д. Традиционный метод ПИД регулирования не может обеспечить приемлемое качество управления при флуктуациях скорости или изменениях перечисленных факторов, влияющих на величину угла качания груза. В этом случае необходимо использовать высокого уровня управляющие алгоритмы, такие как адаптивные алгоритмы управления.

Однако алгоритмы высокого уровня, делают систему управления очень дорогой. Кроме того, необходимо достаточно большое время для ее создания, а также существуют трудности ее поддержки.

Использование нечеткого управления, реализованного в виде множества правил, стабилизирует скорость перемещения крана и угол раскачивания груза, что, в свою очередь, обеспечивает безопасность работы при небольшой стоимости создания системы.

Постановка задачи управления, результат и эффективность нечеткого управления приведены в таблице 1.

–  –  –

Входами системы управления являются угол качания (Angle) и расстояние до платформы (Distance), вычисляемое с помощью датчика линейных перемещений. В качестве выходного воздействия регулируется мощность двигателя следящего привода крана (Power).

Рассмотрим алгоритм работы крана. С началом перемещения крана из-за того, что он начинает разгоняться, груз на кране начинает раскачиваться. Информация о начальном угле качания и начальной скорости перемещения крана вводится крановщиком в систему управления. Угол отклонения груза вычисляется в реальном времени. Необходимая скорость перемещения крана регулируется путем управления мощностью двигателя следящего привода. Мощность двигателя привода, в свою очередь, определяется путем нечетких высказываний (правил), которые базируются на двух условиях: угол качания и расстояние до платформы, на которую необходимо поместить груз.

База правил составляется на основе экспертных знаний. В качестве примера как можно рассмотреть действия опытного крановщика по управлению краном. Например, если угол отклонения груза равен 0 (груз не раскачивается), а до платформы еще достаточно далеко, то можно включить двигатель на среднюю мощность в направлении платформы. В случае же, когда груз находится над платформой и угол отклонения положителен (груз по инерции продолжает движение), необходимо включить двигатель на малую мощность в направлении, противоположном платформе и т.д.

Структура нечеткой системы управления краном Структура нечеткой системы управления краном, реализованной в виде двухвходовой модели, представлена на рис. 61.

–  –  –

Значения лингвистической переменной, объявленные в таб. 3 как по умолчанию, используются в случае, когда ни одно правило из базы правил не удовлетворяет заданным условиям.

Рассмотрим каждую из лингвистических переменных в отдельности.

На рис. 62 представлены функции принадлежности, а в таблице 4 приводятся координаты точек термов лингвистическая переменной Angle.

–  –  –

Аналогичным образом на рис. 64 представлены функции принадлежности, а в таблице 6 приводятся координаты точек термов лингвистическая переменной Power.

–  –  –

Стратегия нечеткой логической модели управления краном определяется набором правил. Часть IF (ЕСЛИ) описывает ситуации, для которых разрабатывается правило, а в части THEN (ТО) задается отклик нечеткой системы на заданную ситуацию. Степень поддержки каждого правила (DoS) в данной системе управления равна 1.

Полная база правил приведена в таблице 7.

–  –  –

Порядок выполнения работы:

1. Запустите программу fuzzyTECH 5.52g Professional Edition.

2. Запустите модель управления краном SIMCRANE.EXE из каталога \SAMPLES\CONTROL\CRANE\ или из меню ПУСК Windows 95/98. Выберите ручной режим управления моделью нажав клавишу. Управление мощностью электродвигателя крана осуществляется с помощью клавиш. Целью управления является переместить контейнер желтого цвета на зеленую платформу с минимальными временными затратами (рис. 65).

Рис. 65

Привод крана должен быть неподвижным, когда достигнет платформы, чтобы позволить опустить груз.

После завершения экспериментов по управлению краном в ручном режиме нажмите клавишу.

Посмотрите как управляет краном нечеткий контроллер нажав клавишу. По завершению эксперимента с автоматическим управлением нажмите клавишу и переключитесь в программу fuzzyTECH с помощью комбинации клавиш [Alt][tab].

3. Изучите структуру проекта CRANE.FTL с помощью средства просмотра ресурсов Treeview и окна редактора проекта (Project Editor) (рис. 66).

–  –  –

Зарисуйте структуру нечеткой системы управления краном1.

4. Посмотрите и зарисуйте значения лингвистических переменных модели. Для этого установите курсор мыши на исследуемую переменную, и дважды щелкните левой клавишей.

В появившемся окне редактора переменных появится описание выбранной лингвистической переменной. Зарисуйте термы.

5. Изучите базу правил модели. Для этого дважды щелкните левой клавишей мыши по изображению блока правил в окне редактора проекта или по пиктограмме в TreeView.

Зарисуйте базу правил.

6. Запустите интерактивный режим отладки из основного меню программы fuzzyTECH.

В окне просмотра (Watch window) появится информация о значениях входных и выходных переменных.

В окне редактора любой входной переменной модели измените положение курсора (красную стрелку) вдоль оси Х. Посмотрите на изменения в окне редактора выходной переменной, в окне редактирования базы правил и окне просмотра.

7. Создайте новое окно временной диаграммы. Добавьте для просмотра обе входные и выходную переменные. Для этого в появившемся окне нажмите клавиши и.

8. Переключитесь на программу SIMCRANE.EXE с помощью комбинации клавиш [Alt][tab] и запустите модель нажав виртуальную кнопку. Вернитесь опять в окно программы fuzzyTECH и проследите за изменениями в окнах редактирования переменных, блока правил и временной диаграммы. Для наблюдением за несколькими окнами одновременно рекомендуется их расположить в виде мозаики, для сего необходимо воспользоваться стандартной опцией меню Window программы fuzzyTECH.

Сбросьте параметры в исходное состояние нажав клавишу в окне программы SIMCRANE.EXE.

9. Выберите в меню Analyzer основного окна программы fuzzyTECH опцию трассировки (Trace). В появившемся окне нажмите кнопку. Переключитесь на программу SIMCRANE.EXE с помощью [Alt][tab] и запустите модель нажав виртуальную кнопку.

Когда моделирование завершится нажмите в окне трассировки программы fuzzyTECH клавишу.

Сохраните результаты трассировки в файле нажав клавишу окна трассировки программы fuzzyTECH.

По результатам трассировки постройте графики, для чего воспользуйтесь программой MS Excel.

Для переноса графических и текстовых объектов в файл отчета можно сделать копию текущего экрана с помощью клавиши PrnScr, вставить ее в любой графический редактор из буфера обмена, отредактировать и перенести в отчет.

В качестве второго варианта можно предложить воспользоваться стандартными средствами пакета по формированию отчетов.

10. Поэкспериментируйте с различными окнами редакторов программы fuzzyTECH.

Для этого попробуйте для одной из лингвистических переменных удалить все термы и задать их заново. Тоже самое проделайте с редактором базы правил.

11. Закройте программы SIMCRANE.EXE и fuzzyTECH.

12. Составьте отчет по результатам работы.

Контрольные вопросы:

1. Определение лингвистической переменной.

2. Область применения ЛП. Достоинства, недостатки.

3. Функции принадлежности нечетких множеств.

4. Основные операции с нечеткими множествами и отношениями. Привести примеры в графической и аналитической форме.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2 «МОДЕЛИРОВАНИЕ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА НАГРЕВА И ПОДДЕРЖАНИЯ

ЗАДАННОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОДЫ В ТЕПЛООБМЕННИКЕ НА

ОСНОВЕ НЕЧЕТКОГО АЛГОРИТМА»

Лабораторная работа посвящена изучению технологии применения нечеткой логики для управления технологическими процессами на примере моделирования нагрева и поддержания заданной температуры воды в теплообменнике с использованием нечеткого алгоритма.

Система управления поддержанием заданной температуры воды

Задача управления. Через замкнутую систему теплообмена прокачивается жидкость вода. Поток воды поступает в теплообменник (рис. 67) с постоянной скоростью и с температурой вх. С помощью нагревательного элемента, расположенного в теплообменнике, происходит нагрев воды до заданной температуры вых. Задача управления состоит в нагреве и поддержании заданной температуры воды в теплообменнике путем управления мощностью нагревательного элемента (температура нагревательного элемента нэ).

–  –  –

Система управления поддержания заданной температуры воды. Система управления нагревом и поддержанием заданной температуры воды имеет в своем составе: термодатчики, которые преобразуют значение температуры воды на входе и выходе теплообменника в электрический сигнал, нагревательный элемент (исполнительный механизм) и систему нечеткого управления мощностью нагревательного элемента.

Входами системы управления являются разность температур воды на входе и выходе теплообменника (DTemp_IO) и отклонение температуры воды на выходе теплообменника от заданной (DTemp_Giv). На выходе нечеткой модели управления регулируется мощность нагревательного элемента (PWR).

–  –  –

Структура нечеткой системы управления поддержанием заданной температуры Структура нечеткой системы управления нагревом и поддержанием заданной температуры воды в теплообменнике, реализованной в виде двухвходового контроллера, представлена на рис. 68.

–  –  –

Стратегия нечеткой логической модели управления поддержанием заданной температуры воды в теплообменнике определяется набором правил. Часть IF (ЕСЛИ) описывает ситуации, для которых разрабатывается правило, а в части THEN (ТО) задается отклик нечеткой системы на заданную ситуацию. Степень поддержки каждого правила (DoS) в данной системе управления равна 1.

Полная база правил приведена в таблице 12.

–  –  –

Порядок выполнения работы:

1. Запустите программу fuzzyTECH 5.52g Professional Edition.

2. С помощью помощника по созданию проекта (Fuzzy Design Wizard) или непосредственно средствами редактора проекта, создайте нечеткую модель нагрева и поддержания заданной температуры воды в теплообменнике в соответствии с приведенным выше описанием.

3. Промоделируйте процесс нагрева и поддержания воды для следующих исходных данных, приведенных в табл. 13. Длительность моделирования выберите из условия, чтобы управление поддержанием заданной температуры в теплообменнике происходило бы не менее 20 сек. Шаг моделирования – 1 сек.

Для расчета значений температуры на выходе и входе теплообменника на i+1 шаге используйте формулы (1), (2). Температуру нагревателя задайте исходя из рассчитанной с помощью модели мощности нагревательного элемента, предположив, что при потребляемой мощности 2 кВт, температура нагревательного элемента равна 150оС и 1=2=. Для случая, когда нагревательный элемент отключен, примите его температуру равной вх.

Таблица 13 зад вх Вариант 1 75 20 0.1 2 80 25 0.095 3 85 30 0.06 4 90 35 0.09 Для моделирования используйте интерактивный (диалоговый) режим отладки и временную диаграмму (Time Plot). При этом, для просмотра результатов моделирования на временной диаграмме при одновременном изменение значений на нескольких входах модели используйте режим «заморозки» графика (кнопка ) перед вводом значений всех входных переменных, кроме последней.

Для сохранения результатов моделирования в формате текстового файла с возможностью последующего анализа воспользуйтесь режимом трассировки (меню Analyzer/Trace…).

4. Постройте графики изменений входной, выходной температур в теплообменнике и мощности нагревательного элемента от времени. Для этих целей воспользуйтесь средствами MS Office.

5. Составьте отчет по результатам работы, в котором отразите структуру нечеткой модели управления и приведите описания лингвистических переменных и базы правил модели. Приведите результаты моделирования и их анализ.

Контрольные вопросы:

1. Определение лингвистической переменной.

2. Область применения ЛП. Достоинства, недостатки.

3. Функции принадлежности нечетких множеств.

4. Основные операции с нечеткими множествами и отношениями. Привести примеры в графической и аналитической форме.

Литература:

1. Заде Л.А. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию приближенных решений. М.:Мир, 1976.

2. Кофман А. Введение в теорию нечетких множеств. М.: Радио и связь, 1982.

3. Нечеткие множества в моделях управления и искусственного интеллекта / Под ред.

Д.А. Поспелова. М., 1986.

4. Прикладные нечеткие системы / Под ред. Тэтано Т., Асаи К., Сугэно М: Мир, 1993.

5. Нечеткие множества и теория возможностей. Последние достижения / Под ред.

Р.Ягера М.: Радио и связь, 1986.

6. Орловский С.А. Проблемы принятия решений при нечеткой исходной информации.

М.: Наука, 1981.

7. Борисов А.Н., Крумберг О.А., Федоров И.П. Принятие решений на основе нечетких моделей. Примеры использования. Рига:/ "Зинатне", 1990.

8. Малышев Н.Г., Берштейн Л.С., Боженюк А.В. Нечеткие модели для экспертных систем в САПР. М.: Энергоатомиздат, 1991.

9. Мелихов А.Н., Бернштейн Л.С., Коровин С.Я. Ситуационные советующие системы с нечеткой логикой. М.: Наука, 1990.

10. Пивкин В.Я., Бакулин Е.П., Кореньков Д.И. Нечеткие множества в системах

Pages:     | 1 ||
Похожие работы:

«Крылова И.В, Пивоварова Л.М., Савина А.В., Ягунова Е.В. Исследование новостных сегментов российской "снежной революции": вычислительный эксперимент и интуиция лингвистов // Понимание в коммуникации: Человек в информационном пространстве: сб. научных трудов. В 3 тт. – Ярославль – Москва: Из...»

«Федеральное агентство связи Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (СибГУТИ) Кафедра Вычислительных систем Допустить к защите Зав.каф. _Мамойленко С.Н...»

«4 МЕТОДИКА КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПО ДИСЦИПЛИНЕ "АРХИТЕКТУРА КОМПЬЮТЕРОВ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ" (на примере операции умножения) 4.1 Кодирование чисел 4.1.1 Кодирование знака числа. Кодирование чисел позволяет заменить операцию арифметического вычитания...»

«ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ УЛЬТРАЗВУКА НА ЖИДКИЕ СРЕДЫ В.Л. Ланин Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, ул. П. Бровки, 6, г. Минск, 220013, Республика Беларусь, vlan...»

«Применение параллельных алгоритмов для решения системы линейных алгебраических уравнений с ленточной матрицей итерационными методами на кластерной системе Демешко И.П., Акимова Е.Н., Коновалов А.В. Представлены результаты применения параллельных итерационных алгоритмов решения системы линейных алгебраич...»

«Информатика, вычислительная техника и инженерное образование. – 2012. № 2 (9) Раздел I. Эволюционное моделирование, генетические и бионические алгоритмы УДК 004.896 Д.В. Заруба, Д.Ю. Запорожец, Ю.А. Кравченко...»

«0315654 Новые достижения, новые возможности! Компания АЛС и ТЕК была создана в 1993 году коллективом ведущих разработчиков оборонных предприятий г. Саратова. Работая в постоянном сотрудничестве с Министерством Российской федерации по связи и информатизации, центром отраслевой науки ЛОНИИС (г. СанктПетербург), опер...»

«Программирование на ADOBE ACTIONSCRIPT 3.0 ® ® © Adobe Systems Incorporated, 2008. Все права защищены. Авторские права Программирование на Adobe® ActionScript® 3.0 в Adobe® Flash® Если данное руководство распространяется с программным обеспечением, которое включает соглашение конечного пользователя, то руководство, та...»








 
2017 www.lib.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные матриалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.