Идентификация объектов

АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИДЕНТИФИКАЦИИ ОБЪЕКТОВ УПРАВЛЕНИЯ НА ОСНОВЕ ВЕЩЕСТВЕННОГО ИНТЕРПОЛЯЦИОННОГО МЕТОДА

Выпускная квалификационная работа

(на соискание академической степени "магистр")

 

 

Студент Н.С. Николаева

Руководитель В.А. Рудницкий

Нормоконтроль Е.И. Громаков

 

 

Томск - 2011

Задание

 

. Тема выпускной квалификационной работы: Аппаратно-программный комплекс для идентификации объектов управления на основе вещественного интерполяционного метода (утверждена приказом ректора (распоряжением декана) от 07.06.2011 №2671/с).

. Срок сдачи студентом готовой работы: 10.06.2011 г.

. Исходные данные к работе: модельные примеры и экспериментальные временные характеристики объекта управления, алгоритм параметрической идентификации на основе вещественного интерполяционного метода.

. Содержание текстового документа (перечень подлежащих разработке вопросов):

Введение.

4.2 Идентификация объектов.

4.3 Аппаратно-программный комплекс идентификации.

Аппаратная часть микропроцессорной системы управления и сбора информации.

Программная часть.

Анализ работоспособности аппаратно-программного комплекса.

Идентификация на модельных примерах.

Пример идентификации реального объекта управления.

Заключение.

. Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей):

ФЮРА.425430.001 ТЧ - Блок-схемы алгоритмов.

ФЮРА.425430.001 ТБ - Сводные данные модельных примеров.

ФЮРА.425430.001 ТБ - Графики зависимостей первого узла.

. Дата выдачи задания на выполнение выпускной квалификационной работы: 01.03.2010 г.

Реферат

 

Выпускная квалификационная работа содержит _______ с., 86 рис., 16 табл., 27 источников, 3 л. графич. материала.

Ключевые слова: ИДЕНТИФИКАЦИЯ, ВЕЩЕСТВЕННЫЙ ИНТЕРПОЛЯЦИОННЫЙ МЕТОД, АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС.

Целью работы является разработка аппаратно-программного комплекса, предназначенного для осуществления идентификации объектов управления на основе вещественного интерполяционного метода [1].

Для проверки разработанного алгоритма в качестве объекта управления был взят малогабаритный вентильный двигатель, который применяется в воздушно-охладительных системах ПК, однако это не означает, что идентификация ОУ ограничивается только этим типом двигателей.

Спроектирован опытный образец устройства сопряжения, реализован алгоритм идентификации ОУ. Разработан и реализован пользовательский интерфейс программы. Проведена проверка работоспособности АПК идентификации ОУ.

Достигнутые результаты позволяют разработать на их основе эффективное программное обеспечение для решения задач идентификации, которое может быть использовано в рамках организации концепции аппаратно-программного комплекса на производстве.

Разработанные алгоритмы и программы применимы для идентификации структуры и параметров моделей объектов управления.

Пояснительная записка к дипломному проекту выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 2007 и представлена вместе с проектными файлами на диске (в конверте на обороте обложки).

Содержание

Задание

Реферат

Определения, обозначения и сокращения

Введение

1. Идентификация объектов

1.1 Алгоритмическая основа для аппаратно-программного комплекса

1.2 Идентификация объектов на основе вещественного интерполяционного метода

2. Аппаратно-программный комплекс идентификации

2.1 Аппаратная часть комплекса

2.1.1 Выбор микроконтроллера

2.1.2 Сопряжение с персональным компьютером

2.1.3 Устройство сопряжения с объектом управления

2.2 Программная часть комплекса

2.2.1 Алгоритм идентификации объектов управления вещественным интерполяционным методом

2.2.2 Основные функции программы

2.2.3 Интерфейс программы

2.2.4 Выбор структуры модели объекта управления

2.2.5 Формирование интерполяционной сетки

2.2.6 Нахождение коэффициентов ПФ модели объекта управления

2.2.7 Проверка адекватности модели ОУ

2.2.8 Итерационный поиск

3. Анализ работоспособности аппаратно-программного комплекса

3.1 Идентификация на модельных примерах

3.2 Пример идентификации реального объекта управления

Заключение

Список использованных источников

Приложения

Определения, обозначения и сокращения

 

В данной работе применены следующие термины с соответствующими определениями:

Аппаратно-программный комплекс - это продукт, в состав которого входят технические средства и программное обеспечение, совместно применяемые для решения задач определенного типа [2].

В данной дипломной работе используются следующие аббревиатуры:

·   АПК - аппаратно-программный комплекс;

·   САУ - система автоматического управления;

·   ВИМ - вещественный интерполяционный метод;

·   ОУ - объект управления;

·   СЛАУ - система линейных алгебраических уравнений;

·   ПФ - передаточная функция;

·   ЧХ - численная характеристика.

Введение

 

Актуальность работы. В настоящее время проблемы, связанные с получением математических моделей объектов технологических процессов, экономики и живой природы, формируют одно из основных направлений науки и техники - моделирование. Это объясняется тем, что математические модели объектов широко применяются как при создании систем управления этими объектами, так и при их эксплуатации [3].

На сегодняшний день уровень развития техники характеризуется многообразием различных по своей структуре, выполняемым функциям и сложности объектов управления. Часто возникают ситуации, когда отсутствует достаточно четкое математическое описание объекта. Для осуществления эффективного управления объектами необходимо знание законов, которым они подчиняются. Поэтому задача идентификации объектов занимает значимое место в теории управления.

Решение задач идентификации объекта управления требует эффективных средств, позволяющих оперативно получать его математическую модель, в связи с этим становиться актуальным создание мобильного АПК для осуществления идентификации объектов управления.

Существует большое количество методов [3,4], позволяющих решать данную задачу, поэтому при выборе алгоритмов идентификации необходимо ограничиться теми, которые могут быть и действительно были использованы в тех классах, к которым принадлежит рассматриваемая задача.

Специфика практических задач регламентирует ограничения, которые следует учитывать при разработке алгоритмической составляющей, т.е. алгоритмы, на основе которых в дальнейшем будет строиться управляющая программа, должны быть адаптированными к последующей интеграции в контроллер.

Отмеченные обстоятельства определяют практическую и теоретическую ценность разработки АПК для осуществления идентификации объектов управления. Таким образом, актуальность темы выпускной квалификационной работы вряд ли вызывает сомнение.

Цель выпускной квалификационной работы - разработка АПК для осуществления идентификации объектов управления.

Для достижения поставленной цели необходимо было выполнить следующие задачи:

-  изучить существующий алгоритм решения задач идентификации на основе на ВИМ;

-  спроектировать опытный образец устройства сопряжения;

-  разработать программу получения данных об ОУ от устройства сопряжения;

-  провести анализ разработанных алгоритмов и программ.

Методы исследования. Для достижения сформулированной цели и связанных с нею задач в работе использованы методы теории автоматического управления, вещественный интерполяционный метод и методы численного и компьютерного моделирования.

Достоверность и обоснованность полученных в выпускной квалификационной работе теоретических результатов и формулируемых на их основе выводов подтверждена моделированием на ПК.

Новизна работы заключается в следующем:

-  применение ВИМ в качестве алгоритмической основы АПК для осуществления идентификации объектов управления;

-  реализован алгоритм итерационного поиска расположения первого узла интерполирования, при котором ошибка идентификации минимальна;

-  реализована возможность построения графика зависимости переходной характеристики от расположения первого узла интерполяционной сетки.

Публикации. Результаты, проделанной работы, были опубликованы и представлены на конференциях:Всероссийская научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых учёных "Молодёжь и современные информационные технологии" с международным участием (МСИТ-2010), Томск, 2010.

Первая Международная научно-техническая интернет-конференция "Автоматизация, мехатроника, информационные технологии" (АМИТ), Омск, 2010.

Научно-технический журнал "Автоматика-информатика" 1-2 (2627), Караганда, 2010.Х Всероссийская научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых учёных "Молодёжь и современные информационные технологии" с международным участием (МСИТ-2011), Томск, 2011.

Опубликовано 4 печатные работы.

идентификация программный управление объект

Идентификация объектов

 

Классическое определение идентификации дал Л. Заде в 1962 году: "Идентификация состоит в отыскании по входным и выходным сигналам некоторой системы эквивалентной ей системы из некоторого заданного класса". Хоть с момента появления понятия "идентификация" прошло немало лет, оно не утратило свою актуальность и остается достаточно сложной задачей, включающей трудоемкие теоретические расчеты, неоднозначные выбор критерия оценки и алгоритма реализации.

Более формализовано, идентификация - определение параметров и структуры математической модели, обеспечивающих наименьшее несовпадение выходных координат модели и процесса при одинаковых входных воздействиях [4]. При изучении любых объектов основной задачей является построение их моделей по результатам экспериментального исследования входных и выходных переменных объекта без изучения его физической сущности. Этот подход широко используется на практике, так как позволяет обойтись минимумом априорных сведений об объекте при построении его модели. Реализация входа формируется исследователем путем подачи на вход объекта испытательного сигнала желаемой формы (скачкообразного сигнала, импульсного сигнала, сигнала в виде гармонических, прямоугольных, трапецеидальных, треугольных колебаний и др.). Реализацией выхода объекта является его реакция на испытательный сигнал. На рисунке 1 показана идентификация объекта.

Проектирование АПК для осуществления идентификации в большей степени зависит от наличия математического обеспечения, благодаря которому возможно получить сравнительно точную модель объекта управления, поэтому реализация связана с выбором наиболее подходящих методов, а так же построения на их основе, алгоритмов для решения задачи идентификации объекта управления.