Задание на проектирование

Введение

Основной задачей данной курсовой работы является изучение методов разработки систем управления на основе аппарата нечеткой логики и нейронных сетей. Нечеткое управление является практической альтернативой для многочисленных приложений теории управления, т.к оно обеспечивает удобный метод для конструирования нелинейных контроллеров на основе использования эвристической информации. Такая эвристическая информация может приходить от эксперта в виде множества правил как управлять процессом, которые далее встраиваются в нечеткий контроллер. В других случаях, она может быть получена от инженера, выполнившего интенсивное моделирование и анализ процесса и т.д. Но независимо, откуда была получена эвристическая информация, нечеткое управление обеспечивает удобный интерфейс для представления и реализации идей относительно того, как разработать систему управления, обладающую заданными характеристиками качества.

В данной курсовой работе необходимо для объекта управления – емкости с двумя клапанами с целью установки заданного уровня жидкости построить несколько типов регуляторов и сравнить их результативность между собой. Предусматривается построение нечетких регуляторов на основе лингвистических правил и копирование ПД - регулятора.

Исходные данные

Объект исследования

Имеется цилиндрическая емкость с несколькими отверстиями. Из одного отверстия емкость пополняется жидкостью, из других – жидкость вытекает. Входной клапан регулируется, тем самым, меняя количество втекающей жидкости. Скорость вытекания зависит от постоянного диаметра выходного отверстия и давления в емкости, которое меняется в зависимости от уровня жидкости. Система имеет существенно нелинейные характеристики. Входами для контроллера являются электрический сигнал пропорциональный ошибке отслеживания заданного переменного уровня, а выходом – напряжение, создаваемое в катушке индуктивности, управляющее входным клапаном. Математическая модель объекта управления имеет вид

, (1)

где  - высота емкости (м),  - напряжение на выходе устройства управления (управляющее воздействие), (в),  - интеграл от напряжения на выходе устройства управления, обуславливающее перемещение клапана,  - площадь поперечного сечения емкости (м2),  - параметры, определяемые экспериментально.

Рисунок 1 - Объект управления – емкость с жидкостью.

К синтезированной системе предъявляться следующие требования: перерегулирование не более 5%, время переходного процесса 10 секунд, число колебаний до окончания времени переходного процесса не более двух, установившаяся ошибка равна нулю.

Исходные данные

Исходные данные в соответствии с вариантом приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Исходные данные

Варианты	S, см2	а		, м	, м	, м	, м
5	45	5	9	1.5	1	0.3	1.4

Задание на проектирование

Для системы (1) сконструировать и провести сравнительный анализ следующих типов регуляторов:

Пропорциональный регулятор (П).

Пропорционально-дифференциальный регулятор (ПД).

Нечеткий регулятор, использующий правила

If (level is okay) then (valve is no change)

If (level is low) then (valve is open fast)

If (level is high) then (valve is close fast)

Нечеткий регулятор, использующий правила:

If (level is okay) then (valve is no change)

If (level is low) then (valve is open fast)

If (level is high) then (valve is close fast)

If (level is okay) and (rate is positive), then (valve is close slow)

If (level is okay) and (rate is negative), then (valve is open slow)

Нечеткий регулятор, копирующий ПИ регулятор

Исследование и сравнительный анализ характеристик качества замкнутой системы:

1. Оценить качество замкнутой системы при различных начальных и задающих уровнях  жидкости в баке.

2. Оценить влияние неточности от 1 до 5% при измерении датчиком уровня воды в емкости, введя в систему случайный шум.

3. Выходной поток воды из емкости может рассматриваться как возмущение, действующее на объект управления. Оценить его воздействие при изменении количества выходных отверстий (рассмотреть случай, когда площадь выходных отверстий уменьшилась в два раза).