[
Конструювання алгоритмів керування на основі нечіткої логіки і нейронних мереж
]!
<div style="font-size:16px;text-align:justify;"> <DIV TYPE=HEADER><P LANG="" ALIGN=RIGHT STYLE="text-indent: 0in; margin-bottom: 0.55in"><BR></P></DIV><P LANG="" ALIGN=CENTER STYLE="text-indent: 0in"> МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І <a href="Науки" title="Науки">НАУКИ</a> УКРАЇНИ </P><P LANG="" ALIGN=CENTER STYLE="text-indent: 0in"> Севастопольський національний технічний університет </P><P LANG="" ALIGN=CENTER STYLE="text-indent: 0in"> Кафедра технічної кібернетики </P><P LANG="" ALIGN=CENTER STYLE="text-indent: 0in"> <a href="Курсова" title="Курсова"> Курсова</a> робота </P><P LANG="" ALIGN=CENTER STYLE="text-indent: 0in"> З дисципліни «Сучасні методи теоретичних та експериментальних досліджень» </P><P LANG="" ALIGN=CENTER STYLE="text-indent: 0in"> На тему: «Конструювання алгоритмів керування на основі нечіткої логіки і нейронних мереж» </P><P LANG="" ALIGN=CENTER STYLE="text-indent: 0in"> Виконав: <a href="Студент" title="Студент">студент</a> гр. МАГ-2 </P><P LANG="" ALIGN=CENTER STYLE="text-indent: 0in"> Перевірив: професор </P><P LANG="" ALIGN=CENTER STYLE="text-indent: 0in"> Скороход Б.А. </P><P LANG="" ALIGN=CENTER STYLE="text-indent: 0in"> Севастополь </P><P LANG="" ALIGN=CENTER STYLE="text-indent: 0in"> 2007 </P><P LANG="" ALIGN=CENTER STYLE="text-indent: 0in; page-break-before: always; page-break-after: avoid"> <B><I>зміст</i></b> </P><P ALIGN=LEFT STYLE="text-indent: 0in"> <U><FONT FACE="Times New Roman, serif"><FONT>введення</font></font></u> </P><P ALIGN=LEFT STYLE="text-indent: 0in"> <U><FONT FACE="Times New Roman, serif"><FONT>1.</font></font></u> <U><FONT FACE="Times New Roman, serif"><FONT>вихідні дані</font></font></u> </P><P ALIGN=LEFT STYLE="text-indent: 0in"> <U><FONT FACE="Times New Roman, serif"><FONT>1.1.</font></font></u> <U><FONT FACE="Times New Roman, serif"><FONT>Об'єкт дослідження</font></font></u> </P><P ALIGN=LEFT STYLE="text-indent: 0in"> <U><FONT FACE="Times New Roman, serif"><FONT>1.2.</font></font></u> <U><FONT FACE="Times New Roman, serif"><FONT>Вихідні дані</font></font></u> </P><P ALIGN=LEFT STYLE="text-indent: 0in"> <U><FONT FACE="Times New Roman, serif"><FONT>1.3.</font></font></u> <U><FONT FACE="Times New Roman, serif"><FONT>Завдання на проектування</font></font></u> </P><P ALIGN=LEFT STYLE="text-indent: 0in"> <U><FONT FACE="Times New Roman, serif"><FONT>2.</font></font></u> <U><FONT FACE="Times New Roman, serif"><FONT>побудова регуляторів</font></font></u> </P><P ALIGN=LEFT STYLE="text-indent: 0in"> <U><FONT FACE="Times New Roman, serif"><FONT>2.1.</font></font></u> <U><FONT FACE="Times New Roman, serif"><FONT>Об'єкт без регулятора</font></font></u> </P><P ALIGN=LEFT STYLE="text-indent: 0in"> <U><FONT FACE="Times New Roman, serif"><FONT>2.2.</font></font></u> <U><FONT FACE="Times New Roman, serif"><FONT>П-регулятор</font></font></u> </P><P ALIGN=LEFT STYLE="text-indent: 0in"> <U><FONT FACE="Times New Roman, serif"><FONT>2.3.</font></font></u> <U><FONT FACE="Times New Roman, serif"><FONT>ПД-регулятор</font></font></u> </P><P ALIGN=LEFT STYLE="text-indent: 0in"> <U><FONT FACE="Times New Roman, serif"><FONT>2.4.</font></font></u> <U><FONT FACE="Times New Roman, serif"><FONT>Нечіткий регулятор для 3 правил</font></font></u> </P><P ALIGN=LEFT STYLE="text-indent: 0in"> <U><FONT FACE="Times New Roman, serif"><FONT>2.5.</font></font></u> <U><FONT FACE="Times New Roman, serif"><FONT>Нечіткий регулятор для 5 правил</font></font></u> </P><P ALIGN=LEFT STYLE="text-indent: 0in"> <U><FONT FACE="Times New Roman, serif"><FONT>3.</font></font></u> <U><FONT FACE="Times New Roman, serif"><FONT>копіювання пд - регулятора</font></font></u> </P><P ALIGN=LEFT STYLE="text-indent: 0in"> <U><FONT FACE="Times New Roman, serif"><FONT>4.</font></font></u> <U><FONT FACE="Times New Roman, serif"><FONT>дослідження та <a href="Порівняльний_аналіз" title="Порівняльний аналіз">порівняльний аналіз</a> якості З.С.</font></font></u> </P><P ALIGN=LEFT STYLE="text-indent: 0in; background: transparent; border: none; padding: 0in; line-height: 150%; page-break-inside: auto; page-break-before: auto; page-break-after: auto"> <FONT SIZE=4><U><FONT FACE="Times New Roman, serif"><FONT>4.1.</font></font></u></font> <FONT SIZE=4><U><FONT FACE="Times New Roman, serif"><FONT>Оцінити якість замкнутої системи при різних початкових задають рівнях рідини в баку</font></font></u></font> </P><P ALIGN=LEFT STYLE="text-indent: 0in"> <U><FONT FACE="Times New Roman, serif"><FONT>4.2.</font></font></u> <U><FONT FACE="Times New Roman, serif"><FONT>Оцінити вплив неточності від 1 до 5% при вимірюванні <a href="Датчики" title="Датчики">датчиком</a> рівня води в ємності, ввівши в систему випадковий шум</font></font></u> </P><P ALIGN=LEFT STYLE="text-indent: 0in"> <U><FONT FACE="Times New Roman, serif"><FONT>4.3.</font></font></u> <U><FONT FACE="Times New Roman, serif"><FONT>Вихідний потік води з ємності може розглядатися як збурення, що діє на об'єкт управління</font></font></u> </P><P ALIGN=LEFT STYLE="text-indent: 0in"> <U><FONT FACE="Times New Roman, serif"><FONT>висновки</font></font></u> </P><P ALIGN=LEFT STYLE="text-indent: 0in"> <U><FONT FACE="Times New Roman, serif"><FONT>перелік посилань</font></font></u> </P><P LANG="" ALIGN=CENTER STYLE="text-indent: 0in; page-break-before: always; page-break-after: avoid"> <B><I>введення</i></b> </P><P CLASS=western> Основним завданням даної <a href="Курсова" title="Курсова">курсової</a> <a href="Роботи" title="Роботи">роботи</a> є вивчення методів розробки систем <a href="Управління" title="Управління">управління</a> на основі апарату нечіткої логіки і нейронних мереж. Нечітке управління є практичною альтернативою для численних додатків <a href="Теорії_Управління" title="Теорії Управління">теорії управління</a>, т.к воно забезпечує зручний метод для <a href="Конструювання" title="Конструювання">конструювання</a> нелінійних <a href="Контролери" title="Контролери">контролерів</a> на основі використання евристичної інформації. Така <a href="Евристика" title="Евристика">евристична</a> <a href="Інформація" title="Інформація">інформація</a> може надходити від експерта у вигляді безлічі правил як управляти <a href="Процес" title="Процес">процесом</a>, які далі вбудовуються в нечіткий контролер. В інших випадках, вона може бути отримана від інженера, який виконав інтенсивне <a href="Моделювання" title="Моделювання">моделювання</a> та аналіз <a href="Процес" title="Процес">процесу</a> і т.д. Але незалежно, звідки була отримана евристична інформація, нечітке управління забезпечує зручний інтерфейс для подання та реалізації ідей щодо <a href="Того" title="Того">того</a>, як розробити систему управління, що володіє заданими характеристиками якості. </P><P CLASS=western> У цій роботі необхідно для об'єкта управління - ємності з двома клапанами з метою встановлення заданого рівня рідини побудувати кілька типів регуляторів і порівняти їх результативність між собою. Передбачається побудова нечітких регуляторів на основі <a href="Лінгвістика" title="Лінгвістика">лінгвістичних</a> правил і копіювання ПД - регулятора. </P><P LANG="" ALIGN=CENTER STYLE="text-indent: 0in; page-break-before: always; page-break-after: avoid"> <B><I>1.</i></b> <B><I>вихідні дані</i></b> </P><P LANG="" ALIGN=CENTER STYLE="text-indent: 0in; page-break-after: avoid"> <B><I>1.1.</i></b> <B><I>Об'єкт дослідження</i></b> </P><P CLASS=western> Є циліндрична ємність з декількома отворами. З одного отвору ємність поповнюється рідиною, з інших - рідина витікає. Вхідний клапан регулюється, тим самим, змінюючи кількість впадає рідини. Швидкість витікання залежить від постійного діаметра вихідного отвору і тиску в ємності, що змінюється залежно від рівня рідини. Система має суттєво нелінійні характеристики. Входами для контроллера є електричний <a href="Сигнал" title="Сигнал">сигнал</a> пропорційний помилку відстеження заданого змінного рівня, а виходом - напруга, що створюється у котушці індуктивності, що управляє вхідним клапаном. <a href="Математика" title="Математика"> Математична</a> модель об'єкта управління має вигляд </P><P CLASS=western><IMG SRC=dopc49099.zip NAME=graphics1 ALIGN=BOTTOM WIDTH=183 HEIGHT=27 BORDER=0> , (1) </P><P CLASS=western> де <IMG SRC=dopc49100.zip NAME=graphics2 ALIGN=BOTTOM WIDTH=13 HEIGHT=19 BORDER=0> - Висота ємності (м), <IMG SRC=dopc49101.zip NAME=graphics3 ALIGN=BOTTOM WIDTH=17 HEIGHT=24 BORDER=0> - Напруга на виході пристрою <a href="Управління" title="Управління">управління </a>(керуючий вплив), (в), <IMG SRC=dopc49102.zip NAME=graphics4 ALIGN=BOTTOM WIDTH=17 HEIGHT=19 BORDER=0> - Інтеграл від напруги на виході пристрою управління, яка обумовлює переміщення клапана, <IMG SRC=dopc49103.zip NAME=graphics5 ALIGN=BOTTOM WIDTH=15 HEIGHT=19 BORDER=0> - Площа поперечного перерізу ємності (м2), <IMG SRC=dopc49104.zip NAME=graphics6 ALIGN=BOTTOM WIDTH=27 HEIGHT=21 BORDER=0> - Параметри, які визначаються експериментально. </P><P CLASS=western><IMG SRC=dopc49105.zip NAME=graphics7 ALIGN=BOTTOM WIDTH=231 HEIGHT=175 BORDER=0></P><P CLASS=western> Рисунок 1 - Об'єкт управління - ємність з рідиною. </P><P CLASS=western STYLE="page-break-before: always"> До синтезованою системі пред'являтися такі вимоги: перерегулювання не більше 5%, час перехідного процесу 10 секунд, число коливань до закінчення часу перехідного процесу не більше двох, що <a href="Встанови" title="Встанови">встановилася</a> помилка дорівнює нулю. </P><P LANG="" ALIGN=CENTER STYLE="text-indent: 0in; page-break-after: avoid"> <B><I>1.2.</i></b> <B><I>Вихідні дані</i></b> </P><P CLASS=western> Вихідні дані у відповідності з варіантом наведені в <a href="Таблиці" title="Таблиці">таблиці</a> 1. </P><P CLASS=western> <a href="Таблиці" title="Таблиці"> Таблиця</a> 1 - Вихідні дані </P><TABLE WIDTH=607 BORDER=1 BORDERCOLOR=#000000 CELLPADDING=7 CELLSPACING=0><COL WIDTH=60><COL WIDTH=82><COL WIDTH=46><COL WIDTH=58><COL WIDTH=82><COL WIDTH=70><COL WIDTH=36><COL WIDTH=61><TR VALIGN=TOP><TD WIDTH=60><P ALIGN=LEFT STYLE="text-indent: 0in"> <FONT SIZE=2><FONT COLOR=#000000>Варіанти</font></font> </P></TD><TD WIDTH=82><P ALIGN=LEFT STYLE="text-indent: 0in"> <FONT SIZE=2><FONT COLOR=#000000>S, см2</font></font> </P></TD><TD WIDTH=46><P ALIGN=LEFT STYLE="text-indent: 0in"> <FONT SIZE=2><FONT COLOR=#000000>а</font></font> </P></TD><TD WIDTH=58><P ALIGN=LEFT STYLE="text-indent: 0in"> <FONT COLOR=#000000><IMG SRC=dopc49106.zip NAME=graphics8 ALIGN=BOTTOM WIDTH=13 HEIGHT=19 BORDER=0></font> </P></TD><TD WIDTH=82><P ALIGN=LEFT STYLE="text-indent: 0in"> <FONT COLOR=#000000><IMG SRC=dopc49107.zip NAME=graphics9 ALIGN=BOTTOM WIDTH=27 HEIGHT=24 BORDER=0></font> <FONT SIZE=2><FONT COLOR=#000000>, М</font></font> </P></TD><TD WIDTH=70><P ALIGN=LEFT STYLE="text-indent: 0in"> <FONT COLOR=#000000><IMG SRC=dopc49108.zip NAME=graphics10 ALIGN=BOTTOM WIDTH=27 HEIGHT=24 BORDER=0></font> <FONT SIZE=2><FONT COLOR=#000000>, М</font></font> </P></TD><TD WIDTH=36><P ALIGN=LEFT STYLE="text-indent: 0in"> <FONT COLOR=#000000><IMG SRC=dopc49109.zip NAME=graphics11 ALIGN=BOTTOM WIDTH=21 HEIGHT=25 BORDER=0></font> <FONT SIZE=2><FONT COLOR=#000000>, М</font></font> </P></TD><TD WIDTH=61><P ALIGN=LEFT STYLE="text-indent: 0in"> <FONT COLOR=#000000><IMG SRC=dopc49110.zip NAME=graphics12 ALIGN=BOTTOM WIDTH=24 HEIGHT=24 BORDER=0></font> <FONT SIZE=2><FONT COLOR=#000000>, М</font></font> </P></TD></TR><TR VALIGN=TOP><TD WIDTH=60><P ALIGN=LEFT STYLE="text-indent: 0in"> <FONT SIZE=2><FONT COLOR=#000000>5</font></font> </P></TD><TD WIDTH=82><P ALIGN=LEFT STYLE="text-indent: 0in"> <FONT SIZE=2><FONT COLOR=#000000>45</font></font> </P></TD><TD WIDTH=46><P ALIGN=LEFT STYLE="text-indent: 0in"> <FONT SIZE=2><FONT COLOR=#000000>5</font></font> </P></TD><TD WIDTH=58><P ALIGN=LEFT STYLE="text-indent: 0in"> <FONT SIZE=2><FONT COLOR=#000000>9</font></font> </P></TD><TD WIDTH=82><P ALIGN=LEFT STYLE="text-indent: 0in"> <FONT SIZE=2><FONT COLOR=#000000>1.5</font></font> </P></TD><TD WIDTH=70><P ALIGN=LEFT STYLE="text-indent: 0in"> <FONT SIZE=2><FONT COLOR=#000000>1</font></font> </P></TD><TD WIDTH=36><P ALIGN=LEFT STYLE="text-indent: 0in"> <FONT SIZE=2><FONT COLOR=#000000>0.3</font></font> </P></TD><TD WIDTH=61><P CLASS=western ALIGN=LEFT STYLE="text-indent: 0in"> <FONT SIZE=2><FONT COLOR=#000000>1.4</font></font> </P></TD></TR></TABLE><P LANG="" ALIGN=CENTER STYLE="text-indent: 0in; page-break-after: avoid"> <B><I>1.3.</i></b> <B><I>Завдання на проектування</i></b> </P><P CLASS=western> Для системи (1) сконструювати і провести порівняльний аналіз наступних типів регуляторів: </P><P CLASS=western> Пропорційний регулятор (П). </P><P CLASS=western> Пропорційно-диференціальний регулятор (ПД). </P><P CLASS=western> Нечіткий регулятор, який використовує правила </P><P CLASS=western> If (level is okay) then (valve is no change) </P><P CLASS=western> If (level is low) then (valve is open fast) </P><P CLASS=western> If (level is high) then (valve is close fast) </P><P CLASS=western> Нечіткий регулятор, який використовує правила: </P><P CLASS=western> If (level is okay) then (valve is no change) </P><P CLASS=western> If (level is low) then (valve is open fast) </P><P CLASS=western> If (level is high) then (valve is close fast) </P><P CLASS=western> If (level is okay) and (rate is positive), then (valve is close slow) </P><P CLASS=western> If (level is okay) and (rate is negative), then (valve is open slow) </P><P CLASS=western> Нечіткий регулятор, що копіює ПІ регулятор </P><P CLASS=western> Дослідження та порівняльний аналіз характеристик якості замкнутої системи: </P><P CLASS=western> 1. Оцінити якість замкнутої системи при різних початкових <IMG SRC=dopc49111.zip NAME=graphics13 ALIGN=BOTTOM WIDTH=17 HEIGHT=24 BORDER=0> і задають рівнях <IMG SRC=dopc49112.zip NAME=graphics14 ALIGN=BOTTOM WIDTH=27 HEIGHT=21 BORDER=0> рідини в баку. </P><P CLASS=western> 2. Оцінити вплив неточності від 1 до 5% при вимірюванні датчиком рівня води в ємності, ввівши в систему випадковий шум. </P><P CLASS=western> 3. Вихідний потік води з ємності може розглядатися як збурення, що діє на об'єкт управління. Оцінити його вплив при зміні кількості вихідних отворів (розглянути <a href="Випадок" title="Випадок">випадок</a>, коли площа вихідних отворів зменшилася у два рази). </P><P LANG="" ALIGN=CENTER STYLE="text-indent: 0in; page-break-before: always; page-break-after: avoid"> <B><I>2.</i></b> <B><I>побудова регуляторів</i></b> </P><P LANG="" ALIGN=CENTER STYLE="text-indent: 0in; page-break-after: avoid"> <B><I>2.1.</i></b> <B><I>Об'єкт без регулятора</i></b> </P><P CLASS=western> Нижче наводиться схема роботи ємкості зібрана засобами Simulink на основі співвідношення (1). Система замкнута одиничної ООС. Приймаємо для спрощення, що на вхід подаємо величину, чисельно рівну значенню бажаного рівня рідини в ємності. Внаслідок цього коефіцієнт вимірювача (тахогенератора), приймаємо рівним 1. </P><P CLASS=western><IMG SRC=dopc49113.zip NAME=graphics15 ALIGN=BOTTOM WIDTH=484 HEIGHT=178 BORDER=0></P><P CLASS=western> <a href="Малюнок" title="Малюнок"> Малюнок</a> 2.1. - Схема ОУ з Kp = 1 </P><P CLASS=western><IMG SRC=dopc49114.zip NAME=graphics16 ALIGN=BOTTOM WIDTH=398 HEIGHT=155 BORDER=0></P><P CLASS=western> <a href="Малюнок" title="Малюнок">Малюнок</a> 2.2. - Зміна рівня рідини в місткості (Kp = 1) </P><P LANG="" ALIGN=CENTER STYLE="text-indent: 0in; page-break-after: avoid"> <B><I>2.2.</i></b> <B><I>П-регулятор</i></b> </P><P CLASS=western> Тепер в систему додамо <a href="Найпростіші" title="Найпростіші">найпростіший</a> регулятор, який <a href="Реалізм" title="Реалізм">реалізує</a> пропорційний закон управління. Схема системи з П-регулятором наведена на малюнку 2.3. </P><P CLASS=western STYLE="page-break-before: always"><IMG SRC=dopc49115.zip NAME=graphics17 ALIGN=BOTTOM WIDTH=519 HEIGHT=156 BORDER=0></P><P CLASS=western> Малюнок 2.3. - Схема ОУ з П-регулятором. </P><P CLASS=western> Зрозуміло, що ми маємо дуже простий механізм регулювання шляхом зміни коефіцієнта одного посилення. На малюнку 2.2. ми можемо спостерігати динаміку процесу, зміна ж коефіцієнта підсилення може лише змінити швидкодію, але не якість. </P><P CLASS=western> У даній постановці задачі ми можемо змінити тільки швидкодію процесу але не його динаміку. З допомогою П-регулятора ми не можемо отримати <a href="Процес" title="Процес">процес</a> необхідної якості. </P><P LANG="" ALIGN=CENTER STYLE="text-indent: 0in; page-break-after: avoid"> <B><I>2.3.</i></b> <B><I>ПД-регулятор</i></b> </P><P CLASS=western> Розглянемо роботу системи при додаванні ПД-регулятора, тобто введення крім пропорційного ще й диференціюючого ланки. Схема з ПД-регулятором наведена на малюнку 2.5. </P><P CLASS=western><IMG SRC=dopc49116.zip NAME=graphics18 ALIGN=BOTTOM WIDTH=373 HEIGHT=97 BORDER=0></P><P CLASS=western> Малюнок 2.5. - Схема ОУ з ПІ-регулятором. </P><P CLASS=western> Тепер ми маємо два варійованих параметра для настройки регулятора. Розглянемо їх вплив окремо. </P><P CLASS=western STYLE="page-break-before: always"><IMG SRC=dopc49117.zip NAME=graphics19 ALIGN=BOTTOM WIDTH=385 HEIGHT=172 BORDER=0></P></COL></COL></COL></COL></COL></COL></COL></COL><P CLASS=western> Малюнок 2.6. - Зміна рівня рідини в ємності при різних коефіцієнтах пропорційного ланки ПД-регулятора: До p = 10 (1), К p = 50 (2), К p = 7 (3) при К d = 30. </P><P CLASS=western><IMG SRC=dopc49118.zip NAME=graphics20 ALIGN=BOTTOM WIDTH=413 HEIGHT=184 BORDER=0></P><P CLASS=western> Малюнок 2.7. - Зміна рівня рідини в ємності при різних коефіцієнтах диференціального ланки ПД-регулятора: До d = 10 (1), К d = 20 (2), К d = 30 (3) при К p = 50. </P><P CLASS=western> Ми можемо бачити, що, <a href="Природа" title="Природа">природно</a>, коефіцієнт диференціального ланки призводить до зміни перерегулювання прямо пропорційним чином. Очевидно, підбором обох коефіцієнтів можна добитися і прийнятного часу регулювання, і плавності переходу. </P><P LANG="" ALIGN=CENTER STYLE="text-indent: 0in; page-break-after: avoid"> <B><I>2.4.</i></b> <B><I>Нечіткий регулятор для 3 правил</i></b> </P><P CLASS=western> Перейдемо до побудови нечітких регуляторів. Розглянемо побудову нечіткого регулятора, закон управління якого формується на основі трьох правил: </P><P CLASS=western> If (level is okay) then (valve is no change) </P><P CLASS=western> If (level is low) then (valve is close fast) </P><P CLASS=western> If (level is high) then (valve is open fast) </P><P CLASS=western> Отримуємо наступне: якщо рівень рідини «нормальний», то залишаємо клапан «без змін», якщо рівень «низький», то клапан «швидко закривається», якщо рівень «високий», то клапан «швидко відкривається». </P><P CLASS=western> Модель нечіткого регулятора складена засобами Fuzzy Logic Toolbox. Нечіткі <a href="Поняття" title="Поняття">поняття</a>, взяті вище в лапки, представлені в моделі термами лінгвістичних змінних, з якими зіставлені <a href="Функції" title="Функції">функції</a> приналежності. Схема системи в Simulink наведена на малюнку 2.8. </P><P CLASS=western><IMG SRC=dopc49119.zip NAME=graphics21 ALIGN=BOTTOM WIDTH=532 HEIGHT=187 BORDER=0></P><P CLASS=western> Малюнок 2.8. - Схема ОУ з нечітким регулятором (3 правила). </P><P CLASS=western><IMG SRC=dopc49120.zip NAME=graphics22 ALIGN=BOTTOM WIDTH=370 HEIGHT=141 BORDER=0></P><P CLASS=western> Малюнок 2.9. - Зміна рівня рідини в ємності в системі з нечітким регулятором. </P><P CLASS=western> У даному випадку ми отримали перехідний процес, за якістю неприйнятний. Підбором функцій приналежності не вдається підібрати прийнятний процес, оскільки не врахована інформація про поведінку при нормальному рівні рідини в баку. Приходимо до висновку про необхідність подачі на вхід регулятора інформації про <a href="Знак" title="Знак">знак</a> похідної. Це буде враховано в регуляторі з п'ятьма нечіткими правилами. </P><P CLASS=western><IMG SRC=dopc49121.zip NAME=graphics23 ALIGN=BOTTOM WIDTH=353 HEIGHT=162 BORDER=0></P><P CLASS=western> Малюнок 2.10. - <a href="Функції" title="Функції">Функції</a> належності для термів вхідної змінної «рівень» - level. </P><P CLASS=western> На малюнку 2.10. <a href="Функції" title="Функції"> функція</a> належності low описує низький рівень рідини, okay - нормальний, high - високий. </P><P CLASS=western><IMG SRC=dopc49122.zip NAME=graphics24 ALIGN=BOTTOM WIDTH=329 HEIGHT=183 BORDER=0></P><P CLASS=western> Малюнок 2.11. - Функції належності для термів вихідної змінної «клапан» - valve. </P><P CLASS=western> На малюнку 2.11. <a href="функція" title="функція">функція</a> належності close fast <a href="Відповідь" title="Відповідь">відповідає</a> <a href="Сигнал" title="Сигнал">сигналу</a> швидко закрити клапан, no change - залишити без змін, open fast - швидко відкрити клапан. </P><P CLASS=western STYLE="page-break-before: always"><IMG SRC=dopc49123.zip NAME=graphics25 ALIGN=BOTTOM WIDTH=256 HEIGHT=183 BORDER=0></P><P CLASS=western> Малюнок 2.12 - Поверхня відгуку для нечіткого регулятора (3 правила). </P><P CLASS=western> Ми отримуємо подібну з вищевикладеними залежність, оскільки закон керування регулятора подібний з пропорційним. </P><P LANG="" ALIGN=CENTER STYLE="text-indent: 0in; page-break-after: avoid"> <B><I>2.5.</i></b> <B><I>Нечіткий регулятор для 5 правил</i></b> </P><P CLASS=western> Тепер побудуємо вдосконалений нечіткий регулятор уже на основі п'яти правил такого вигляду: </P><P CLASS=western> If (level is okay) then (valve is no change) </P><P CLASS=western> If (level is low) then (valve is open fast) </P><P CLASS=western> If (level is high) then (valve is close fast) </P><P CLASS=western> If (level is okay) and (rate is positive), then (valve is open slow) </P><P CLASS=western> If (level is okay) and (rate is negative), then (valve is close slow) </P><P CLASS=western> Тут ми до минулих трьох додаємо ще два правила, які враховують знак похідної, щоб на «нормальному» рівні плавно відслідковувати <a href="Тенденції" title="Тенденції">тенденції</a> зміни рівня рідини. </P><P CLASS=western> До того ж дослідження проведені при модифікації першого правила у вигляді: </P><P CLASS=western> If (level is okay) and (rate is null) then (valve is no change) </P><P CLASS=western> Така заміна дає невеликий виграш у часі моделювання, що можна бачити на нижченаведених графіках. </P><P CLASS=western> Тепер нечіткий регулятор має дві вхідні <a href="Змінні" title="Змінні">змінні</a>, одна залишається для рівня рідини, інша для знака похідної. Схема системи представлена на малюнку 2.13. </P><P CLASS=western><IMG SRC=dopc49124.zip NAME=graphics26 ALIGN=BOTTOM WIDTH=434 HEIGHT=116 BORDER=0></P><P CLASS=western> Малюнок 2.13 - Схема ОУ з нечітким регулятором (5 правил). </P><P CLASS=western> У ході моделювання були отримані наступні графіки зміни рівня рідини в баку: </P><P CLASS=western><IMG SRC=dopc49125.zip NAME=graphics27 ALIGN=BOTTOM WIDTH=401 HEIGHT=155 BORDER=0></P><P CLASS=western> Малюнок 2.14 - Зміна рівня рідини в ємності в системі з нечітким регулятором (5 правил), початковий рівень - 0.5, при вихідних правилах. </P><P CLASS=western><IMG SRC=dopc49126.zip NAME=graphics28 ALIGN=BOTTOM WIDTH=455 HEIGHT=171 BORDER=0></P><P CLASS=western> Малюнок 2.15 - Зміна рівня рідини в ємності в системі з нечітким регулятором (5 правил), початковий рівень - 0.5. </P><P CLASS=western STYLE="page-break-before: always"><IMG SRC=dopc49127.zip NAME=graphics29 ALIGN=BOTTOM WIDTH=453 HEIGHT=169 BORDER=0></P><P CLASS=western> Малюнок 2.16 - Зміна рівня рідини в ємності в системі з нечітким регулятором (5 правил), початковий рівень - 1.5. </P><P CLASS=western><IMG SRC=dopc49128.zip NAME=graphics30 ALIGN=BOTTOM WIDTH=414 HEIGHT=179 BORDER=0></P><P CLASS=western> Малюнок 2.17 - Функції приналежності для термів вхідної змінної level. </P><P CLASS=western><IMG SRC=dopc49129.zip NAME=graphics31 ALIGN=BOTTOM WIDTH=407 HEIGHT=181 BORDER=0></P><P CLASS=western> Малюнок 2.18 - Функції приналежності для термів вхідної змінної rate. </P><P CLASS=western STYLE="page-break-before: always"><IMG SRC=dopc49130.zip NAME=graphics32 ALIGN=BOTTOM WIDTH=401 HEIGHT=179 BORDER=0></P><P CLASS=western> Малюнок 2. 19 - Функції приналежності для термів вихідної змінної «клапан» - valve. </P><P CLASS=western> Як ми можемо бачити, ми додаємо ще два терма для вихідної змінної, <a href="Відповідь" title="Відповідь">відповідні</a> меншій швидкості відкривання (закривання) клапана. <a href="Функції" title="Функції"> Функції</a> приналежності для вхідної змінної рівня рідини були істотно змінені порівняно з аналогічними в регуляторі для 3 правил. </P><P CLASS=western> <a href="Відповідь" title="Відповідь"> Відповідним</a> підбором типів і форм функцій належності вдалося домогтися як нормальної якості <a href="Процес" title="Процес">процесів</a> без значного перерегулювання, так і прийнятної точності. </P><P CLASS=western><IMG SRC=dopc49131.zip NAME=graphics33 ALIGN=BOTTOM WIDTH=343 HEIGHT=245 BORDER=0></P><P CLASS=western> Малюнок 2.20 - Поверхня відгуку для нечіткого регулятора (5 правил). </P><P LANG="" ALIGN=CENTER STYLE="text-indent: 0in; page-break-before: always; page-break-after: avoid"> <B><I>3.</i></b> <B><I>копіювання пд - регулятора</i></b> </P><P CLASS=western> Також була поставлена і вирішена задача синтезу нечіткого регулятора, копіює побудований вище ПД-регулятор. Схема з регулятором - копією зображена на малюнку 3.1. </P><P CLASS=western><IMG SRC=dopc49132.zip NAME=graphics34 ALIGN=BOTTOM WIDTH=413 HEIGHT=119 BORDER=0></P><P CLASS=western> Малюнок 3.1. - Схема включення нечіткого регулятора-копії. </P><P CLASS=western> База нечітких правил, нечіткі змінні та їх терми були задані в режимі командного рядка, <a href="Текст" title="Текст">текст</a> наводиться нижче. </P><P CLASS=western> a = newfis ('sw_f', 'sugeno'); a = addvar (a, 'input', 'x1', [-10 10]); </P><P CLASS=western> a = addmf (a, 'input', 1, 'mf11', 'trapmf', [-20 - 20 - 9 - 8]); a = addmf (a, 'input', 1, 'mf12', 'trimf ', [-8 - 7 - 6]); </P><P CLASS=western> a = addmf (a, 'input', 1, 'mf13', 'trimf', [-6 - 5 - 4]); a = addmf (a, 'input', 1, 'mf14', 'trimf', [-4 - 3 - 2]); </P><P CLASS=western> a = addmf (a, 'input', 1, 'mf15', 'trimf', [-2 - 1 0]); a = addmf (a, 'input', 1, 'mf16', 'trimf', [ 0 1 2]); </P><P CLASS=western> a = addmf (a, 'input', 1, 'mf17', 'trimf', [2 3 4]); a = addmf (a, 'input', 1, 'mf18', 'trimf', [4 Травня 6]); </P><P CLASS=western> a = addmf (a, 'input', 1, 'mf19', 'trimf', [6 7 8]); a = addmf (a, 'input', 1, 'mf110', 'trapmf', [8 Вересня 20 20]); </P><P CLASS=western> a = addvar (a, 'input', 'x2', [-10 10]); </P><P CLASS=western> a = addmf (a, 'input', 2, 'mf21', 'trapmf', [-20 - 20 - 9 - 8]); a = addmf (a, 'input', 2, 'mf22', 'trimf ', [-8 - 7 - 6]); </P><P CLASS=western> a = addmf (a, 'input', 2, 'mf23', 'trimf', [-6 - 5 - 4]); a = addmf (a, 'input', 2, 'mf24', 'trimf', [-4 - 3 - 2]); </P><P CLASS=western> a = addmf (a, 'input', 2, 'mf25', 'trimf', [-2 - 1 0]); a = addmf (a, 'input', 2, 'mf26', 'trimf', [ 0 1 2]); </P><P CLASS=western> a = addmf (a, 'input', 2, 'mf27', 'trimf', [2 3 4]); a = addmf (a, 'input', 2, 'mf28', 'trimf', [4 Травня 6]); </P><P CLASS=western> a = addmf (a, 'input', 2, 'mf29', 'trimf', [6 7 8]); a = addmf (a, 'input', 2, 'mf210', 'trapmf', [8 Вересня 20 20]); </P><P CLASS=western> a = addvar (a, 'output', 'u', [-10 10]); </P><P CLASS=western> a = addmf (a, 'output', 1, 'mf1', 'constant', [-10]); a = addmf (a, 'output', 1, 'mf2', 'constant', [-9] ); </P><P CLASS=western> a = addmf (a, 'output', 1, 'mf3', 'constant', [-8]); a = addmf (a, 'output', 1, 'mf4', 'constant', [-7] ); </P><P CLASS=western> a = addmf (a, 'output', 1, 'mf5', 'constant', [від -6]); a = addmf (a, 'output', 1, 'mf6', 'constant', [-5] ); </P><P CLASS=western> a = addmf (a, 'output', 1, 'mf7', 'constant', [-4]); a = addmf (a, 'output', 1, 'mf8', 'constant', [-3] ); </P><P CLASS=western> a = addmf (a, 'output', 1, 'mf9', 'constant', [-2]); a = addmf (a, 'output', 1, 'mf10', 'constant', [-1] ); </P><P CLASS=western> a = addmf (a, 'output', 1, 'mf11', 'constant', [0]); a = addmf (a, 'output', 1, 'mf12', 'constant', [1]); </P><P CLASS=western> a = addmf (a, 'output', 1, 'mf13', 'constant', [2]); a = addmf (a, 'output', 1, 'mf14', 'constant', [3]); </P><P CLASS=western> a = addmf (a, 'output', 1, 'mf15', 'constant', [4]); a = addmf (a, 'output', 1, 'mf16', 'constant', [5]); </P><P CLASS=western> a = addmf (a, 'output', 1, 'mf17', 'constant', [6]); a = addmf (a, 'output', 1, 'mf18', 'constant', [7]); </P><P CLASS=western> a = addmf (a, 'output', 1, 'mf19', 'constant', [8]); a = addmf (a, 'output', 1, 'mf20', 'constant', [9]); </P><P CLASS=western> a = addmf (a, 'output', 1, 'mf21', 'constant', [10]); </P><P CLASS=western> ruleList = [... </P><P LANG=en-US CLASS=western> 1011111 </P><P LANG=en-US CLASS=western> 2031111 </P><P LANG=en-US CLASS=western> 3051111 </P><P LANG=en-US CLASS=western> 4081111 </P><P LANG=en-US CLASS=western> 50101111 </P><P LANG=en-US CLASS=western> 60121111 </P><P LANG=en-US CLASS=western> 70141111 </P><P LANG=en-US CLASS=western> 80161111 </P><P LANG=en-US CLASS=western> 90181111 </P><P LANG=en-US CLASS=western> 100211111 </P><P LANG=en-US CLASS=western> 0111111 </P><P LANG=en-US CLASS=western> 0231111 </P><P LANG=en-US CLASS=western> 0351111 </P><P LANG=en-US CLASS=western> 0471111 </P><P LANG=en-US CLASS=western> 0591111 </P><P LANG=en-US CLASS=western> 06121111 </P><P LANG=en-US CLASS=western> 07141111 </P><P LANG=en-US CLASS=western> 08161111 </P><P LANG=en-US CLASS=western> 09181111 </P><P CLASS=western> 010211111]; </P><P CLASS=western> a = addrule (a, ruleList); </P><P CLASS=western> writefis (a, 'sw _ f'); </P><P CLASS=western> Графіки процесів для ПД регулятора і його нечіткої копії наведені на малюнку 3.2. </P><P CLASS=western><IMG SRC=dopc49133.zip NAME=graphics35 ALIGN=BOTTOM WIDTH=386 HEIGHT=235 BORDER=0></P><P CLASS=western> Малюнок 3.2. - Графіки зміни рівня рідини в баку при <IMG SRC=dopc49112.zip NAME=graphics36 ALIGN=BOTTOM WIDTH=27 HEIGHT=21 BORDER=0> = 1 і <IMG SRC=dopc49111.zip NAME=graphics37 ALIGN=BOTTOM WIDTH=17 HEIGHT=24 BORDER=0> = 1.5. для ПД регулятора та його копії. </P><P CLASS=western> Отже, шляхом нормування і завдання бази 20 правил вдалося досягти досить близького наближення до оригіналу як за якістю, так і за точністю. Експериментальні та порівняльні дослідження будуть проведені в наступному розділі. </P><P LANG="" ALIGN=CENTER STYLE="text-indent: 0in; page-break-before: always; page-break-after: avoid"> <B><I>4.</i></b> <B><I>дослідження та порівняльний аналіз якості З.С.</i></b> </P><P LANG="" ALIGN=CENTER STYLE="text-indent: 0in; page-break-after: avoid"> <B><I>4.1.</i></b> <B><I>Оцінити якість замкнутої системи при різних початкових</i></b> <B><I><IMG SRC=dopc49111.zip NAME=graphics38 ALIGN=BOTTOM WIDTH=17 HEIGHT=24 BORDER=0></i></b> <B><I>і задають рівнях</i></b> <B><I><IMG SRC=dopc49112.zip NAME=graphics39 ALIGN=BOTTOM WIDTH=27 HEIGHT=21 BORDER=0></i></b> <B><I>рідини в баку</i></b> </P><P CLASS=western> Тут і далі прийняті наступні позначення </P><P CLASS=western> 1 - ПД-пегулятор; </P><P CLASS=western> 2 - Нечіткий регулятор для 5 правил; </P><P CLASS=western> 3 - Нечіткий регулятор - копія; </P><P CLASS=western><IMG SRC=dopc49138.zip NAME=graphics40 ALIGN=BOTTOM WIDTH=317 HEIGHT=227 BORDER=0></P><P CLASS=western> Малюнок 4.1. - Графіки зміни рівня рідини в баку при <IMG SRC=dopc49112.zip NAME=graphics41 ALIGN=BOTTOM WIDTH=27 HEIGHT=21 BORDER=0> = 1 і <IMG SRC=dopc49111.zip NAME=graphics42 ALIGN=BOTTOM WIDTH=17 HEIGHT=24 BORDER=0> = 0.5. </P><P CLASS=western><IMG SRC=dopc49141.zip NAME=graphics43 ALIGN=BOTTOM WIDTH=280 HEIGHT=183 BORDER=0></P><P CLASS=western> Малюнок 4.2. - Графіки зміни рівня рідини в баку при <IMG SRC=dopc49112.zip NAME=graphics44 ALIGN=BOTTOM WIDTH=27 HEIGHT=21 BORDER=0> = 0.3 і <IMG SRC=dopc49111.zip NAME=graphics45 ALIGN=BOTTOM WIDTH=17 HEIGHT=24 BORDER=0> = 1.5. </P><P LANG="" ALIGN=CENTER STYLE="text-indent: 0in; page-break-before: always; page-break-after: avoid"> <B><I>4.2.</i></b> <B><I>Оцінити вплив неточності від 1 до 5% при вимірюванні датчиком рівня води в ємності, ввівши в систему випадковий шум</i></b> </P><P CLASS=western> Інтенсивність шуму визначаємо за правилом трьох сигм <IMG SRC=dopc49144.zip NAME=graphics46 ALIGN=BOTTOM WIDTH=163 HEIGHT=34 BORDER=0></P><P CLASS=western><IMG SRC=dopc49145.zip NAME=graphics47 ALIGN=BOTTOM WIDTH=341 HEIGHT=199 BORDER=0></P><P CLASS=western> Малюнок 4.3. - Графіки зміни рівня рідини в баку при <IMG SRC=dopc49112.zip NAME=graphics48 ALIGN=BOTTOM WIDTH=27 HEIGHT=21 BORDER=0> = 1 і <IMG SRC=dopc49111.zip NAME=graphics49 ALIGN=BOTTOM WIDTH=17 HEIGHT=24 BORDER=0> = 1.5. при введенні білого шуму кроком 0.05. </P><P LANG="" ALIGN=CENTER STYLE="text-indent: 0in; page-break-after: avoid"> <B><I>4.3.</i></b> <B><I>Вихідний потік води з ємності може розглядатися як збурення, що діє на об'єкт управління</i></b> </P><P CLASS=western> Оцінити його вплив при зміні кількості вихідних отворів (розглянути випадок, коли площа вихідних отворів зменшилася у два рази). </P><P CLASS=western><IMG SRC=dopc49148.zip NAME=graphics50 ALIGN=BOTTOM WIDTH=256 HEIGHT=148 BORDER=0></P><P CLASS=western> Малюнок 4.3. - Графіки зміни рівня рідини в баку при <IMG SRC=dopc49112.zip NAME=graphics51 ALIGN=BOTTOM WIDTH=27 HEIGHT=21 BORDER=0> = 1 і <IMG SRC=dopc49111.zip NAME=graphics52 ALIGN=BOTTOM WIDTH=17 HEIGHT=24 BORDER=0> = 1.5. коли площа вихідних отворів зменшилася у два рази. </P><P CLASS=western STYLE="page-break-before: always"> Тут, як і слід було очікувати, перехідні <a href="Процес" title="Процес">процеси</a> менш швидкі, оскільки рідина витікає повільніше. </P><P LANG="" ALIGN=CENTER STYLE="text-indent: 0in; page-break-before: always; page-break-after: avoid"> <B><I>висновки</i></b> </P><P CLASS=western> У ході виконання цієї курсової роботи для об'єкта регулювання - ємності з двома клапанами - з метою підтримки заданого рівня рідини були синтезовані П - регулятор, ПД-регулятор, нечіткі регулятори на 3 та 5 правилах і нечіткий регулятор - копія ПД-регулятора. Була проаналізована можливість виконання задачі та проведено порівняльний аналіз регуляторів. </P><P CLASS=western> Як з'ясувалося, добіркою коефіцієнта П-регулятора ми можемо змінити лише швидкодію системи, але не її якість, яка є недовлетворітельним. Вирішити завдання за допомогою П-регулятора не представляється можливим. </P><P CLASS=western> При синтезі ПД-регулятора було показано вплив його окремих ланок на одержуваний процес, з'ясувалося, що підбіркою коефіцієнтів можна отримати процес високій швидкості і якості при часі регулювання 3 с. І без перерегулювання. </P><P CLASS=western> За допомогою нечіткого регулятора на основі 3 правил не вдалося отримати прийнятний процес. Це пов'язано з відсутністю обліку значення похідної, т.. е. швидкості зміни рівня рідини в баку. У нечіткому регуляторі це враховано і був отриманий процес згодом регулювання не більше 10 с. </P><P CLASS=western> Нечіткий регулятор-копія ПД - регулятора при нормировки входів та виходу дав результат, близький до оригіналу і за якістю і за точністю. </P><P CLASS=western> Також був проведений порівняльний аналіз якості регуляторів, де можна бачити високу якість двох ПД - регуляторів. Однак підбором типів і форм функцій належності можна також поліпшити і якість регулятора для 5 правил. </P><P CLASS=western> Було оцінено вплив помилки шляхом введення білого шуму, потужність якого була визначена за правилом 3 сигм. Виявилося, регулятор на 5 правил володіє дещо більшою стійкістю до зашумлення. </P><P LANG="" ALIGN=CENTER STYLE="text-indent: 0in; page-break-before: always; page-break-after: avoid"> <B><I>перелік посилань</i></b> </P><OL><LI><P LANG="" STYLE="text-indent: 0in"> В.В. Круглов Нечітка <a href="Логіка" title="Логіка">логіка</a> і <a href="Штучні_нейронні_Мережі" title="Штучні нейронні Мережі">штучні нейронні мережі</a> / В.В. Круглов, </P><LI><P LANG="" STYLE="text-indent: 0in"> М.І. Дли, Р.Ю. Голунь М.: Фізматліт, 2001. - 221с. </P><LI><P LANG="" STYLE="text-indent: 0in"> <a href="MatLab" title="MatLab"> MATLAB</a> Fuzzy Logic Toolbox User's Guide </P><LI><P LANG="" STYLE="text-indent: 0in"> <a href="MatLab" title="MatLab">MATLAB</a> Simulink Toolbox User's Guide </P></OL><DIV TYPE=FOOTER><P STYLE="margin-top: 0.26in"><BR></P></DIV></LI></LI></LI></LI> </div>
Будь ласка, не зберігайте тестовий текст.
Ваш ip: 3.21.104.109 буде збережений.
категорії
за типом
за алфавітом
завантажені
© Усі права захищені
написати до нас