Построение информационно-управляющей системы с элементами искусственного интеллекта

Заказать работу
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.


Y1’’(t)


Y1’(t)


U(t)



U(t)

U’(t)

Y1(t)


Y2’’(t)

Y2’(t)

Y2(t)



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)



Для обеспечения требуемого коэффициента усиления вводим пропорциональное звено с коэффициентом усиления , равным


Передаточная функция системы численно равна:


(1.19)



Построение логарифмических АЧХ и ФЧХ нескорректированной системы.


Заменив в выражении (1.19) , 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)


Слагаемые на частотах


равны нулю, а на частотах принимают значения .

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;

-по оси ординат-значение

Через точку проводим прямую с наклоном -40 дб/дек, до частоты сопряжения


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



на частоте 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

-первое слагаемое -это прямая, проходящая параллельно оси частот на расстоянии ;

-второе-четвертое слагаемые-тангенсоиды с точками перегиба на частотах сопряжения; в области высоких частот асимптотически приближаются к , 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:

-точку пересечения суммарной ФЧХ с линией 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.

-проекция частоты среза на суммарную ФЧХ относительно линии определяет величину запаса устойчивости по фазе в градусах, если проекция точки находится выше линии .

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)


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

-коэффициент, зависящий от величины перерегулирования , определяемый по графику зависимости [1],




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

1.3.3. Определяются сопрягающие частоты


(1.28)


(1.29)


1.3.4. По частоте графически находится величина амплитуды в децибелах на низких частотах и через точку проводится участок ЛАЧХ с наклоном -40 или –60 дб/дек. до ее пересечения на сопрягающей частоте с участком ЛАЧХ на низких частотах с наклоном дб/дек.

1.3.5. По частоте графически определяется величина амплитуды в децибелах 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



где - 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.

При снятии наложенных ограничений квазистационарности параметры объекта управления становятся функциями времени. Для выработки управляющих воздействий, близких к оптимальным, необходима информация о параметрическом состоянии объекта управления. Для этого необходимо решение задачи синтеза информационно-параметрической системы идентификации, т.е. нахождение ее структуры и алгоритма функционирования. Для решения поставленной задачи выбирается метод подстраиваемой модели объекта управления с параллельным включением. А в качестве процесса функционирования-итерационный процесс поиска минимизируемого функционала качества , т.е. отделение процесса определения величины и направления изменения параметра от процесса перестройки параметра. Такой процесс позволяет производить оценку параметра при нулевых начальных условиях на каждом итеративном шаге, что сводит ошибку оценки параметра к 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)


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



где -изменение вектора параметров модели, равное



-реакция объекта управления на управляющее воздействие


-реакция модели объекта управления на управляющее воздействие . Тогда



и функционал качества приобретает вид


(2.2)


Для нахождения структуры информационно-параметрической системы идентификации и ее алгоритма функционирования необходимо осуществить минимизацию функционала качества (2.2) по настраиваемым параметрам модели объекта управления. Взяв частную производную от минимизируемого функционала по настраиваемым параметрам на интервале времени

, получим




(2.3)


где




тогда


(2.4)


Полученная система интегро-дифференциальных уравнений (2.3,2.4) описывает структуру контура самонастройки информационно-параметрической системы идентификации по параметру и его алгоритм функционирования. Поступая аналогично, найдем структуру и алгоритм функционирования контура самонастройки информационно-параметрической системы идентификации по параметрам .



(2.5)



(2.6)


Здесь


-коэффициенты передачи контуров самонастройки по параметрам соответственно.

Полученная система интегродифференциальных уравнений (2.5-2.6) описывают структуру контуров самонастройки информационно-параметрической системы по параметру .

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.


Полученная структура системы управления квазистационарным объектом (рис.2) обеспечивает устойчивость и заданные показатели качества на интервале квазистационарности при условии постоянства параметров объекта управления на этом интервале времени. При наличии изменений параметров объекта управления управляющее воздействие , 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.

Выработанное управляющим устройством воздействие с учетом информации о параметрическом состоянии нестационарного объекта управления будет сводить к ошибку рассогласования регулируемого процесса

, где -изменение вектора параметров управляющего устройства.

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

Для оценки качества регулируемого процесса нестационарного объекта управления выберем интегральный критерий минимума среднеквадратической ошибки регулируемого процесса, зависящего от изменения параметров объекта управления , изменения параметров управляющего устройства , и задающего воздействия

.


(3.1.1)


где


(3.1.2)


(3.1.3)

здесь

Решив выражение (3.1.2) относительно с учетом (3.1.3), получим

(3.1.4)


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


Учитывая то, что на состояние нестационарного объекта управления в каждом -том цикле может указать самонастраивающаяся модель объекта, положим в уравнении (3.1.4)


(3.1.5)


Тогда выражение сигнала ошибки регулируемого процесса для каждого -го цикла будет иметь вид


(3.1.6)


Подставляя значение 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.

Подставляя значения в (3.1.7), получим


(3.1.12)


Взяв частные производные от минимизируемого функционала качества по настраиваемым параметрам регулятора , с учетом выражения (3.1.8) получим:


(3.1.13)


(3.1.14)



Тогда


(3.1.15)


Полученные выражения (3.1.13-3.1.15) описывают контур самонастройки системы анализа параметрического состояния и принятия решения по параметру .

Поступая аналогично тому, как это было выполнено по параметру , найдем структуру и алгоритм функционирования контура самонастройки анализа параметрического состояния и принятия решений по параметрам :


(3.1.16)



где


(3.1.17)


Тогда


(3.1.18)


Полученная система уравнений (3.1.16-3.1.18) описывает структуру и алгоритм функционирования системы анализа параметрического состояния и принятия решения по параметру .

Аналогично




(3.1.19)


(3.1.20)


где


(3.1.21)


Тогда


(3.1.22)


Полученная система интегродифференциальных уравнений (3.1.8-3.1.22) описывает структуру и алгоритм функционирования системы анализа параметрического состояния и принятия решений по параметрам .

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.-

Другие материалы

  • Теория искусственного интеллекта
  • ... оптимальное распределение функций между естественным и искусственным интеллектом и организация диалога между человеком и машиной. Самыми первыми интеллектуальными задачами, которые стали решаться при помощи ЭВМ были логические игры (шашки, шахматы), доказательство теорем. Хотя, правда здесь надо ...

  • Разработка образовательной среды для дистанционного обучения по дисциплинам Компьютерная графика и Системы искусственного интеллекта. Геометрические преобразования
  • ... знаний. Ожидаемые результаты работы создаваемой образовательной среды "Геометрические преобразования" для дисциплины "Компьютерная графика" и "Продукционные системы" для дисциплины "Системы искусственного интеллекта" - повышение эффективности восприятия ...

  • Терминология теории систем (автоматизированные и автоматические системы)
  • ... программа, продовольственная программа, жилищная программа, программа перехода к рыночной экономике. 2. Автоматизированные и автоматические системы 2.1 Видовой состав вычислительных и автоматизированных систем СИСТЕМА [system] В широком значении термина — образующая единое целое совокупность ...

  • Интелектуальные системы и технологии в экономике
  • ... языке описания, переводятся на более подходящие языки другого уровня. 4. Экспертные системы (ЭС), их структура и классификация. Инструментальные средства построения ЭС. Технология разработки ЭС 4.1 Назначение экспертных систем В начале восьмидесятых годов в исследованиях по искусственному ...

  • Искусственный интеллект
  • ... . «Компьютер можно считать разумным, – утверждал Тьюринг, – если он способен заставить нас поверить, что мы имеем дело не с машиной, а с человеком». Искусственный интеллект – новая информационная революция Только создав Разум творец смог почувствовать себя Творцом В.В. Головачев  Наш мир ...

  • Информационные системы менеджмента
  • ... и т.д.) в традиционных OLAP приводит к мощному взрыву данных. 6. Классификация ИИС. ИИС как совокупность нескольких технологий   Интеллектуальные информационные системы (ИИС) Как видно из предыдущего раздела, современные базы данных включают в свой состав целый ряд механизмов и технологий ...

  • История и тенденции развития искусственного интеллекта
  • ... содействия поиску коммерчески оправданных месторождений полезных ископаемых.   2. Перспективы и тенденции развития AI Сообщения об уникальных достижениях специалистов в области искусственного интеллекта (ИИ), суливших невиданные возможности, пропали со страниц научно-популярных изданий ...

  • Проблемы создания искусственного интеллекта
  • ... . Стало ясно, что никакого мышления, аналогичного человеческому, сходу построить не получится. Поэтому акценты сместились в сторону создания искусственного интеллекта – т.е. машинным решением «трудных» задач, которые человек решает, а машина пока нет. Таким образом, первоначально ИИ не претендовал ...

  • Информационные системы. Автоматизация управления
  • ... производством (АСУП) и автоматизированные информационные технологии управления гибкой производственной системой (АИТУ ГПС). 3. Методологические основы применения метода имитационного моделирования Одна из важных особенностей автоматизации управления - принципиальная невозможность проведения ...

  • Экспертные системы как прикладная область искусственного интеллекта
  • ... сложности каждого правила, либо в смысле их обилия. Экспертные системы, как правило, работают с предметными областями реального мира, а не с тем, что специалисты в области искусственного интеллекта называют игрушечными предметными областями. В предметной области реального мира тот, кто решает задачу ...

  • Разработка концепции информационной системы для поддержки принятия управленческих решений в области маркетинга региона
  • ... систем. 3     Глава. Разработка концептуальной модели информационной системы для поддержки принятия управленческих решений при формировании маркетинговой стратегии региона Процесс создания и внедрения любой ИС принято разделять на четыре последовательные фазы: анализ, ...

Каталог учебных материалов

Свежие работы в разделе

Наша кнопка

Разместить ссылку на наш сайт можно воспользовавшись следующим кодом:

Контакты

Если у вас возникли какие либо вопросы, обращайтесь на email администратора: admin@kazreferat.info