- •1. Цель работы
- •2. Краткие сведения из теории
- •2.1. Введение в задачу нечеткого управления
- •Фразы можно сократить без ущерба для осмысления.
- •2.2. Правила и импликация
- •2.2.1. Правила
- •2.2.2. Импликация
- •2.2.3. Сопоставление состояния процесса и правил нечеткого контроллера
- •2.2.4. Выбор четкого значения управляющей переменной
- •2.3. Комбинирование условий
- •2.4. Накопление результатов и дефазификация
- •2.4.1. Агрегация результатов нескольких правил
- •2.4.2. Дефазификация
- •Метод максимальной высоты.
- •Метод среднего максимума.
- •Метод центра гравитации.
- •3. Нечеткие системы управления динамическими процессами
- •3.1. Пример №1. Моделирование качания шара по качели.
- •3.2. Пример №2. Моделирование отскоков шара от качелей.
- •3.3. Пример №3. Система управления смесителем воды.
- •3.4. Пример №4. Система управления перевернутым маятником.
- •3.5. Пример №5. Система управления двумя перевернутыми маятниками.
- •4. Индивидуальные задания
- •5. Содержание отчета
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
"ХАРЬКОВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ"
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к практической работе №8
"Нечеткое управление динамическими процессами"
по курсу " ОСНОВЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО ИНТЕЛЛЕКТА "
для студентов специальностей 7.091501, 7.091502, 7.091503
дневной и заочной форм обучения
Харьков НТУ "ХПИ" 20101
1. Цель работы
Изучить методы проектирования нечетких контроллеров при управлении сложными объектами или динамическими процессами.
2. Краткие сведения из теории
2.1. Введение в задачу нечеткого управления
Методы нечеткого вывода, кроме задач построения экспертных систем, широко используются в разработке нечетких контроллеров. Основное назначение контроллера - это управление внешним объектом, при котором поведение управляемого объекта описывается нечеткими правилами.
Пусть Y – основной параметр объекта;
Y* – желаемое значение параметра;
Е = [Y* – Y] – ошибка текущего состояния;
U – управляющее воздействие, вырабатываемое контроллером;
U(K) – значение управляющего воздействия;
U(K) = F(U(K - 1), ...,U(K - ), E(K - 1), ..., E(K - ));
– глубина рассмотрения предыстории.
Обычно нечеткий контроллер работает с глубиной = 1:
U(K) = F(U(K - 1), E(K - 1)); или U(K) = F(U(K - 1), ΔE(K - 1));
где ΔE – изменение ошибки, а правило формировании управляющего воздействия задается с помощью базы нечетких правил. Обычно управляющее воздействие учитывает предыдущее воздействие и последнее изменение ошибки.
Объект управления описывается набором объектных переменных, относящихся к классу лингвистических переменных. Сущности управляемого процесса можно классифицировать как «входные переменные» и «выходные переменные» процесса. В общем случае входные переменные определяют зависящие от времени потоки, в то время как выходные описывают моментальные состояния процесса. Входные переменные, которыми могут управлять люди или компьютеры, называют управляемыми переменными процесса. Управление в широком смысле означает манипулирование процессом в контуре обратной связи с целью получения наилучшего результата, т.е. получения оптимального значения определенных выходных переменных.
Для управления необходимо:
-
определить текущие значения значимых выходных переменных;
-
сравнить текущие выходные значения с заданными целевыми значениями;
-
подобрать значения управляющих переменных так, чтобы достичь целевых значений;
-
повторять п. 1 – 3 до тех пор, пока не будут получены целевые значения.
Рассмотрим нечеткий контроллер (рис.1), причем управляемый процесс имеет три входные переменные с двумя управляемыми переменными (вход 2 и вход 3) и одной случайной переменной (вход 1), а также три выходные переменные. Нечеткий контроллер согласно определенному алгоритму преобразует три выходные переменные в две управляющие переменные, которые затем возвращаются на объект управления. Сравнение выходных значений с целевыми значениями выполняется самим контроллером.
Рис. 1. Нечеткий контроллер.
В отличие от большинства стандартных контроллеров, использующих математические вычисления, нечеткий контроллер применяет так называемые правила, подобно человеку-оператору.
Пример 1. Правила управления.
-
ЕСЛИ давление низкое, ТО открыть кран
(процесс химического производства).
-
ЕСЛИ процент по кредиту высок, ТО сократить заимствования
(процесс финансового планирования).
-
ЕСЛИ уровень потребления энергии низкий, ТО сократить входную мощность генератора
(процесс управления мощностью).