Введение 4
1 Определение объекта управления и его назначение 8
1.1 Принцип работы асфальтоукладчика 8
1.2 Кинематическая схема асфальтоукладчика 12
1.3 Гидравлическая схема асфальтоукладчика 13
1.4 Структурная схема асфальтоукладчика 14
1.5 Система автоматического управления подачей и распределением
асфальтобетонной смеси 14
1.6 Расчет основных параметров механизма объекта управления 15
2 Интеллектуальное управление 18
2.1 Нечеткий логический вывод Мамдани 18
2.2 Нечеткий логический вывод Сугено 19
2.3 Методы приведения к четкости 20
3 Разработка имитационной модели объекта управления 23
3.1 Математическая модель объекта управления в терминах пространства
переменных состояний 23
3.2 Передаточная функция объекта при управлении скоростью 25
3.3 Имитационная модель объекта управления в программной среде
MATLAB&Simulink 25
4 Параметрический синтез ПИД-регулятора 37
4.1 Функциональная и структурная схемы системы управления с ПИД-
регулятором 42
4.2 Функциональная и структурная схемы системы управления с нечетким
регулятором 42
4.3 Синтез аналогового ПИД-регулятора 43
4.4 Параметрический синтез цифрового ПИД-регулятора 46
4.5 Проектирование нечеткого регулятора 49
4.6 Моделирование и анализ работы системы управления с нечетким и
ПИД-регулятором 54
5 Реализация модели нечеткого регулятора в среде Simulink через
генерацию программного кода для логического контроллера системы управления подачей и распределением смеси 63
6 Заключение 68
Список использованных источников 69
Приложение

Купить

В настоящее время автомобилизация страны получила мощное ускорение, создав немало проблем для дорожно-транспортной сети. Для их эффективного решения в условиях дефинитного финансирования внедрение достижений научно-технического прогресса и передового опыта приобретает большое практическое значение.
Асфальтоукладчик - это дорожно-строительная машина, которая пред-назначена для укладки асфальтного покрытия при строительстве дорог, а также для асфальтирования тротуаров и промышленных площадей. Эта сложная машина - важнейший участник процесса укладки дорожного полотна. Работая обычно совместно с грузовиком, асфальтоукладчик распределяет и уплотняет асфальтобетонную смесь по нижележащему слою дорожной одежды и, таким образом, укладывает слои асфальтобетонного покрытия.
Современные асфальтоукладчики оснащены автоматическим управлением процессами подачи асфальтобетонной смеси в шнековую камеру, распределения асфальтобетонной смеси вдоль дорожного полотна и укладки по толщине и ширине дорожного материала.
Актуальность магистерской диссертация связана с тем, что существует необходимость разработки эффективной системы автоматического управления процессом равномерности подачи и распределения потока смеси асфальтоукладчиком.
Из анализа современного состояния дорожного строительства следует, что актуальной проблемой, для повышения уровня оптимального использования дорожно-строительного материала асфальтоукладочными машинами является совершенствование системы автоматического регулирования подачи асфальтобетонной смеси питателями и дальнейшего ее равномерного распределения вдоль дорожного полотна шнековыми конвейерами.
Свойства нечеткой логики обрабатывать неполную информацию, моделировать человеческие знания и выдавать обоснованные решения предполагают ее интенсивное использование для наблюдения в реальном времени за технологическими процессами, а также решение проблем, связанных с практической реализацией систем управления технологическими процессами. Использование нечеткой логики в системах управления позволяет уменьшить вмешательство оператора в процесс управления и, следовательно, позволяет разработать новые методики управления, более адаптированные к промышленной среде. Регуляторы, построенные на базе нечеткой логики, в ряде случаев способны обеспечить более высокие показатели качества переходных процессов по сравнению с классическими регуляторами. Кроме того, используя методы синтеза нечетких алгоритмов управления, можно выполнить оптимизацию сложных контуров регулирования без проведения всесторонних математических исследований.
Инженерная и научная проблемы заключаются в том, что в настоящее время, в виду сложности среды отклика, отсутствуют интеллектуальные САУ,
предназначение которых - автоматическое регулирование рабочего процесса подачи и распределения асфальтобетонной смеси асфальтоукладчиком. Совместное использование интеллектуальных компонентов и традиционных технологий повышает эффективность работы системы, приводя к оптимальным результатам управления.
При написании данной диссертации были использованы научная и учебно-методическая литература, статьи в периодических изданиях Российской Федерации.
Основными источниками, раскрывающими проблему интеллектуального управления и особенностей нечеткого моделирования в среде MATLAB, являлись «Инструменты искусственного интеллекта и биоинформатики» Дьяконов В.П., в котором описаны ряд новейших пакетов расширения по нейросетям, нейросетевому моделированию и нечеткой логики; «Нечеткое моделирование в средах MATLAB и fuzzyTECH» Леоненков А.В., рассматривающий основы нечеткого моделирования; «Проектирование нечетких систем средствами MATLAB» Штовба С.Д., в котором изложены методы нечеткой кластеризации, и их применение для экстракции нечетких правил.
Нечеткая логика это система, которая обобщает классическую двузначную логику рассуждений в условиях неопределенности. Она позволяет описывать качественные, неточные понятия и наши знания об окружающем мире, а также оперировать этими знаниями с целью получения новой информации. Основная идея, используемая в системах управления с использованием нечеткой логики, заключается во введении «опыта эксперта» (человека-оператора; лица, принимающего решение) в разработку схемы, управляющей некоторым динамическим процессом. По утверждению создателя нечеткой логики Л. Заде, с ростом сложности системы постепенно падает способность человека делать точные и в то же время значащие утверждения относительно ее поведения, пока не будет достигнут порог, за которым точность и релевантность становятся взаимоисключающими характеристиками. В системах управления с использованием нечеткой логики сложные отношения между входом и выходом динамических процессов описываются набором правил нечеткой логики, подразумевающих использование лингвистических переменных вместо усложненной динамической модели. Применение лингвистических переменных, правил и законов нечеткой логики, а также приближенных рассуждений позволяет вносить опыт эксперта в разрабатываемую схему управления.
управления техническими системами. Нечеткая логика использует логические законы, такие как «если X, то Z».
В связи с выше перечисленным можно смело утверждать - одной из мировых тенденций становится внедрение в систему управления элементов нечеткой логики. Несмотря на то что нечеткая логика появилась сравнительно недавно, она уже успела зарекомендовать себя как относительно простой, надежный и быстрый теоретический механизм, позволяющий повысить степень автоматизации управления машиной за счет реализации принципов, не поддающихся обработке классической двузначной логике.
Нечёткий логический вывод осуществляется за следующие четыре этапа: фаззификация, логический вывод, композиция и дефаззификация (приведение к чёткости). Известны четыре классических алгоритма нечёткого вывода: Мамдани, Сугено, Цукамото, Ларсена.
Существует несколько алгоритмов, которые в полном объёме реализуют нечеткий вывод в системах правил нечетких продукция. В работе будет рассматриваться методов, которой получил наибольшее применение в системах нечеткого вывода, а именно Мамдани.
Объектом автоматизации управления (моделирования) в магистерской диссертации является процесс регулирования подачи и распределения асфальтобетонной смеси конвейерами-питателями асфальтоукладчика.
Объектом разработки в работе является математическая модель процесса автоматического регулирования скоростью подачи и распределения конвейерами асфальтоукладчика асфальтобетонной смеси.
Цель магистерской диссертации: разработка системы управления процессами подачи и распределения смеси с нечетким регулятором.
Задачи магистерской диссертации:
1) выполнить анализ публикаций по теории нечеткой логики в управлении;
2) разработать функциональную и структурную схемы системы управления процессами подачи и распределения смеси с нечетким регулятором;
3) выполнить параметрический синтез нечеткого регулятора;
4) разработать имитационную модель интеллектуальной системы управления процессами подачи и распределения смеси асфальтоукладчика в среде MATLAB&Simulink;
5) провести компьютерное моделирование системы управления объектом управления в исследуемых диапазонах переменных.
Методы, использованные в магистерской диссертации: комплекс взаимодополняющих исследовательских методов математического моделирования, математического программирования, теории управления.
Практическая значимость работы заключается в том что, предложенные методы управления дают качественно новый подход к подаче и распределению асфальтобетонной смеси асфальтоукладчиком.
Интеллектуальные САУ, предназначены для автоматического регулирования рабочего процесса подачи и распределения асфальтобетонной смеси асфальтоукладчиком. При этом совместное использование интеллектуальных компонентов и традиционных технологий повышает эффективность работы системы, приводя к оптимальным результатам управления.
Данная методика позволяет повысить качество укладки асфальтобетонной смеси асфальтоукладчиком.
Основные результаты магистерской диссертации:
1) выполнен синтез аналогового, цифрового и нечеткого ПИД регулятора.
2) реализована модель замкнутой системы регулирования скорости с нечетким ПИД-регулятором и нелинейным звеном на языке Matlab/Simulink.
3) в среде MATLAB с помощью пакетов расширений Simulink, SimHudraulics реализована модель процесса интеллектуального управления движением шнека и скребкового конвейера асфальтоукладчика.
4) определены основные показатели разработанной математической модели: адекватность воспроизведения процессов, связанных с работой следящей системы и моделирование результатов.
Структура магистерской диссертации. Магистерская диссертация вклю-чает файлы разработанных программ в среде MATLAB и MathCAD (на CD), полный текст пояснительной записки в формате MS Word (ПЗ), иллю-стративный материал в виде набора слайдов в PowerPoint (на CD и в виде приложения к ПЗ).
Параллельно работе над магистерской диссертацией были написаны статьи и опубликованы в сборнике материалов Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Проспект Свободный-2015», посвященной 70-летию Великой Победы, так же в сборнике Неделя науки СПбПУ, декабрь 2015. Получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2016611878 «Имитационная модель цифровой системы управления подачей и распределением асфальтоукладчиком», В. И. Иванчура, А. П. Прокопьев, Н. В. Кныш от 12.02.2016 г. Копия свидетельства в приложении Б.
Пояснительная записка содержит введение, 5 разделов, заключение, список использованных источников из 20 публикаций и приложения. Основной раздел содержит определение разработанной концепции интеллектуальной системы управления процессами подачи и распределения асфальтобетонной смеси асфальтоукладчиком.

Купить