Введение
1 Искусственный интеллект 10
1.1 Методы искусственного интеллекта 10
1.2 Нечеткая логика. Системы нечеткого вывода 11
1.3 Нечеткая логика в системах автоматического управления 23
2 Объект исследования 26
2.1 Устройство асфальтоукладчика 26
2.2 Гидравлический привод асфальтоукладчика 27
3 Разработка системы управления скоростью движения асфальтоукладчика ...29
3.1 Математическая модель объекта управления в терминах пространства
переменных состояния 30
3.2 Решение задачи с использованием передаточных функций 33
4 Синтез аналогового, цифрового и нечеткого ПИД-регулятора 35
4.1 Синтез аналогового ПИД-регулятора 35
4.2 Синтез цифрового ПИД-регулятора 40
4.3 Синтез нечеткого ПИД-регулятора 42
5 Разработка имитационной схемы управления скоростью 46
5.1 Разработка модели гидравлической трансмиссии 46
5.2 Разработка имитационной модели аналогового регулятора 47
5.3 Разработка имитационной модели цифрового регулятора 48
5.4 Разработка имитационной модели нечеткого регулятора 49
6 Компьютерное имитационное моделирование в среде Matlab&Simulink 51
Заключение 54
Список использованных источников 56
Приложение А Расчеты 59
Приложение Б Имитационная модель объекта управления 60
Автомобильная дорога - объект транспортной инфраструктуры, предназначенный для движения транспортных средств и включающий в себя земельные участки в границах полосы отвода автомобильной дороги и расположенные на них или под ними конструктивные элементы (дорожное полотно, дорожное покрытие и подобные элементы) и дорожные сооружения, являющиеся ее технологической частью, защитные дорожные сооружения, искусственные дорожные сооружения, производственные объекты, элементы обустройства автомобильных дорог.
Строительство автомобильной дороги состоит из технологических процессов, выполняемых в определенной последовательности и требующих больших затрат материальных и трудовых ресурсов. Снижение этих затрат может быть достигнуто широким внедрением комплексной механизации и автоматизации производственных процессов.
Значительные перемены произошли в технологии строительства дорог с асфальтобетонными покрытиями. Новые асфальтоукладчики позволяют обеспечивать более высокую степень предварительного уплотнения асфальтобетонных смесей. Это не только снижает затраты на их дальнейшее уплотнение, но и улучшает качество покрытия. Асфальтоукладчики оснащены автоматическими си-стемами обеспечения продольного и поперечного профиля и блокировки при-вода хода и рабочих органов.
В промышленности в области адаптивного и оптимального управления существует множество разработок. При этом в большинстве случаев регулирование технологическими процессами осуществляется с помощью ПИД-регуляторов. Отметим, что теория управления в классическом и современном понимании в большой степени основана на идеи линеаризации систем. Идея предполагает наличие точной математической модели управляемого процесса. Однако, если положить объект линейным, то математическое моделирование не всегда будет отражать действительные физические свойства объекта.
На сегодняшний день при необходимости модернизировать систему управления (СУ) производится замена контроллеров на более мощные. Отсутствие изменений в закон ПИД-управления не приносит желаемого эффекта модернизации. Также известно, что изменяя задание для контура управления, необходимо перенастроить коэффициенты ПИД-регулятора под новый режим работы. Процедура перенастройки коэффициентов в большинстве случаев не выполняется на производстве.
В связи с этим в магистерской диссертации рассматривается возможность модернизации системы управления существующего контура с ПИД-регулятором таким образом, чтобы система имела алгоритм подстройки параметров регулятора в реальном масштабе времени.
Для разработки алгоритма применяются методы искусственного интеллекта, а именно - нечеткая логика. С помощью данного метода возможно справиться с присутствующими шумами и помехами, которые представляют сложность для моделирования динамическими элементами.
Целью данной работы является применение нечеткой логики в управлении скоростью асфальтоукладчика.
Основные задачи для достижения цели работы:
- анализ рабочего процесса асфальтоукладчика;
- анализ научных публикаций по теме нечеткой логики;
- составление структурной схемы автоматизации процесса управления скоростью движения;
- синтез цифрового ПИД-регулятора и приведение его к нечеткой форме;
- формирование имитационной модели процесса управления в среде MATLAB&Simulink;
- анализ результатов моделирования с цифровым и нечетким регулятором.
В магистерской работе разработана имитационная модель САУ скоростью асфальтоукладчика с обратной связью и цифровым ПИД-регулятором, это по-могло разработать систему управления скоростью движения асфальтоукладчика, а именно получение математической модели объекта управления в терминах пространства переменных состояния, определение передаточной функции объекта при управлении скоростью, оценка динамических характеристик объекта управления.
Далее был синтезирован нечеткий ПИД-регулятор и построена имитационная схема объекта с нечетким регулятором.
Далее была поставлена задача для управляющей системы, чтобы максимальное значение скорости по отношению к установившемуся значению в переходных режимах не превышало 8% во всем диапазоне регулирования. Время переходного процесса при отработке задания по скорости 1 рад/с не превышало 1 с.
Данные модели, с точки зрения среды MATLAB, можно считать адекватными, так как параметры по результатам моделирования практически соответствуют реальным.
- Разработана структурная схема автоматизации процесса управления скоростью движения;
- Синтезированы параметры цифрового и нечеткого ПИД-регулятора
- Разработаны имитационные модели процесса управления с цифровым и нечетким ПИД-регулятором в среде MATLAB&Simulink (SimScape &FuzzyLogicToolbox).
В результате, разработана система управления, включающая нечеткий и цифровой ПИД-регулятор. Регулятор не искажает процессы регулирования, обеспечивает астатическое регулирование скорости в заданном диапазоне, и
В ходе подготовки магистерской диссертации были опубликованы статьи в сборниках научных конференций Сибирского Федерального Университета и Санкт-Петербургских университетов [15-19]. Также было получено свидетельство о государственной регистрации программы на ЭВМ [20].
