Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии

Диссертационная работа:

Антипин Андрей Фёдорович. Интеллектуальные системы управления технологическими процессами на основе многомерных чётких логических регуляторов : диссертация ... кандидата технических наук : 05.13.06 / Антипин Андрей Фёдорович; [Место защиты: Уфим. гос. авиац.-техн. ун-т].- Уфа, 2010.- 160 с.: ил. РГБ ОД, 61 10-5/2769

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 4

ВВЕДЕНИЕ 6

ГЛАВА 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР КОНЦЕПЦИЙ И МЕТОДОВ ПОСТРОЕНИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ НА ОСНОВЕ МНОГОМЕРНЫХ ЛОГИЧЕСКИХ РЕГУЛЯТОРОВ 16

1.1 Многомерные логические регуляторы и системы управления технологическими процессами на основе продукционных правил 16

1.2 Базовые принципы построения системы автоматизированной разработки многомерных логических регуляторов 24

1.3 Цель и задачи исследования диссертационной работы 30

ВЫВОДЫ ПО ПЕРВОЙ ГЛАВЕ 33

ГЛАВА 2 МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ НА БАЗЕ МНОГОМЕРНЫХ ЧЁТКИХ ЛОГИЧЕСКИХ РЕГУЛЯТОРОВ . 34

2.1 Концепция построения интеллектуальной системы управления на основе многомерного чёткого логического регулятора 34

2.2 Структура системы продукционных правил многомерного чёткого логического регулятора с компенсацией взаимного влияния контуров 39

2.3 Многомерный логический регулятор с чёткими термами и минимизированным временем отклика 46

2.4 STEPIME алгоритм фаззификации непрерывных физических величин многомерного чёткого логического регулятора 57

2.5 Количественная оценка минимизации времени отклика многомерного чёткого логического регулятора 62

ВЫВОДЫ ПО ВТОРОЙ ГЛАВЕ 70

ГЛАВА 3 ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ МНОГОМЕРНОГО ЛОГИЧЕСКОГО РЕГУЛЯТОРА С ПЕРЕМЕННЫМИ В ВИДЕ СОВОКУПНОСТИ АРГУМЕНТОВ ДВУЗНАЧНОЙ ЛОГИКИ 72

3.1 Особенности реализации фаззификаторов и дефаззификаторов многомерного логического регулятора с чёткими термами 72

3.2 Программная реализация многомерного чёткого логического регулятора с минимизированным временем отклика 79

3.3 Система автоматизированной разработки многомерных чётких логических регуляторов "CAP MJIP" 92

3.3.1 Принцип работы и техническое описание "CAP MJIP" 92

3.3.2 Интерфейс и функциональные возможности редакторов системы автоматизированной разработки "CAP MJIP" 104

3.3.3 Принцип работы подпрограммы семантического анализа системы автоматизированной разработки "CAP MJIP" Ill

ВЫВОДЫ ПО ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ 117

ГЛАВА 4 ВОПРОСЫ ПРАКТИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ НА ОСНОВЕ МНОГОМЕРНЫХ ЧЁТКИХ ЛОГИЧЕСКИХ РЕГУЛЯТОРОВ 118

4.1 Методика разработки интеллектуальной системы управления на основе многомерного чёткого логического регулятора 118

4.2 Реализация многомерного чёткого логического регулятора системы управления центрифугой типа ФГН-2001 в "САР МЛР" 123

4.3 Интеллектуальная система управления элементом дистилляции на основе многомерного чёткого логического регулятора 128

4.4 Реализация CASE-системы тестирования на базе шаблонов многомерных логических регуляторов с чёткими термами 139

ВЫВОДЫ ПО ЧЕТВЁРТОЙ ГЛАВЕ 145

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ 146

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 147

ПРИЛОЖЕНИЕ А. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ЭЛЕМЕНТОВ ГЛАВНОГО МЕНЮ "САР МЛР" 158

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. ЛИСТИНГ ПРОГРАММЫ МНОГОМЕРНОГО ЛОГИЧЕСКОГО РЕГУЛЯТОРА НА ЯЗЫКЕ SIMATIC S7-SCL 1  

Введение к работе:

Актуальность темы. За последнее время в технологии автоматизации сложных объектов и процессов, имеющих важное народнохозяйственное значение (карбонизационные и дистилляционные колонны, паровые котлы, интеллектуальные роботы, летательные аппараты и т.д.), сложилась устойчивая тенденция к использованию одномерных логических (нечётких и с чёткими термами) регуляторов. Как правило, подобные объекты управления удаётся описать только вербально (словесно) и, к тому же, подавляющее большинство из них являются многомерными с взаимосвязанными регулируемыми параметрами. Принципиальный недостаток такого подхода состоит в автоматизации сложных многомерных систем с помощью сепаратных (автономных) регуляторов, выходы которых независимы по определению, т.е. реагируют исключительно на "свой" вход.

Кроме того, сложные многомерные системы характеризуются рядом специфических особенностей, главной из которых является значительное взаимное влияние контуров регулирования при поддержании значений технологических параметров в требуемом диапазоне. Из сказанного, очевидно, что при разработке многомерных регуляторов основной проблемой являются перекрёстные связи. Задачей синтеза многомерной системы, в первую очередь, является компенсация взаимного влияния каналов регулирования, за счёт введения дополнительных компенсирующих связей.

Известно, что современные многомерные нечёткие и дискретно-логические регуляторы из-за большой погрешности и низкого быстродействия не позволяют с приемлемой точностью устранить взаимное влияние контуров регулирования. Особенно ярко это проявляется при управлении многомерными объектами, представленными в виде описания на естественном языке, то есть вербально.

Современные системы и инструментальные комплексы для программирования промышленных и ПК-основанных логических контроллеров и устройств интеллектуального управления, такие как TRACE MODE, SIMATIC STEP 7, TwidoSoft и др. не содержат специализированного инструментария, который бы позволил в полной мере реализовать или анализировать структуру многомерных нечётких и дискретно-логических регуляторов.

В своей работе автор опирался на труды Л. А. Заде, Е. А. Мамдани, В. В. Круг-лова, А. А. Ускова, А. В. Леоненкова, Н. П. Деменкова, Ш. Зильберштейна, Б. Г. Ильясова, В. И. Васильева, А. П. Верёвкина, А. Г. Лютова, Р. А. Мунасыпова и др., в которых достаточно полно освещены вопросы синтеза многомерных нечётких регуляторов, но многомерные логические регуляторы с чёткими термами для управления технологическими процессами не нашли должного отражения.

Приведённые доводы позволяют считать интеллектуальное управление технологическими процессами на основе многомерных чётких логических регуляторов с

компенсацией взаимного влияния контуров регулирования - актуальной научной задачей, решение которой позволит улучшить параметры данного вида регуляторов, а также существенно повысить качество управления технологическими процессами и объектами, описанными вербально.

Цель диссертационной работы состоит в разработке интеллектуальной системы управления (ИСУ), использующей многомерный чёткий логический регулятор (МЛР) для улучшения параметров управления вербально описанными технологическими процессами и объектами с взаимосвязанными регулируемыми параметрами, и на этой основе позволяющей повысить качество готовой продукции, а также снизить энергозатраты.

В работе поставлены и решены следующие основные задачи:

  1. Разработать интеллектуальную систему управления технологическим процессом на основе многомерного чёткого логического регулятора, блок логического вывода (БЛВ) которого представлен в виде системы управляющих воздействий с механизмом формирования идентификационных номеров продукционных правил.

  2. Разработать структуру системы продукционных правил МЛР, в которой, помимо регулирования значений технологических параметров, производится компенсация взаимного влияния контуров регулирования.

  3. Разработать специализированный алгоритм интерпретации непрерывных физических величин эквивалентной совокупностью аргументов двузначной логики (STEP-TIME) с целью увеличения быстродействия процессов фаззификации в МЛР.

  4. Разработать программное обеспечение системы автоматизированной разработки МЛР, инвариантной по отношению к языкам программирования промышленных и ПК-основанных контроллеров стандарта ШС 61131-3.

  5. Разработать методику автоматизированной разработки интеллектуальной системы управления на основе МЛР и провести оценку её практической значимости для повышения показателей качества управления при автоматизации конкретных технологических процессов и производств.

Методы исследования. Для решения поставленных в диссертационной работе задач использовались методы теории управления, теории имитационного моделирования, элементы теории алгоритмов, двузначной логики, многомерных нечётких и дискретно-логических регуляторов.

Основные научные результаты, выносимые на защиту:

  1. Интеллектуальная система управления на основе многомерного чёткого логического регулятора, в котором блок логического вывода представлен в виде системы управляющих воздействий с механизмом формирования идентификационных номеров продукционных правил.

  2. Структура системы продукционных правил МЛР, состоящей из регулирующей и компенсирующей составляющих, обработка которых производится в каждом цикле сканирования.

  1. STEP-ТГМЕ алгоритм фаззификации непрерывных физических величин МЛР с возможностью выбора характера и порядка распределения чётких термов на универсальной числовой оси.

  2. Программное обеспечение системы автоматизированной разработки МЛР, инвариантной по отношению к языкам программирования промышленных и ПК-основанных логических контроллеров, описанных в международном стандарте ГЕС 61131-3.

  3. Методика автоматизированной разработки ИСУ на основе МЛР с компенсацией взаимного влияния контуров регулирования, и результаты оценки её практической значимости для повышения показателей качества управления сложными технологическими объектами и процессами.

Научная новизна результатов диссертационной работы:

1. Новизна интеллектуальной системы управления на основе многомерного чёт
кого логического регулятора заключается в представлении блока логического вывода
(БЛВ) в виде системы управляющих воздействий с механизмом формирования иден
тификационных номеров продукционных правил, что позволяет повысить быстро
действие многомерной САР и произвести верификацию сложных логических конст
рукций.

  1. Новизна структуры системы продукционных правил МЛР заключается в представлении системы в виде двух функциональных частей: регулирующей и компенсирующей, что позволяет уменьшить степень взаимного влияния контуров регулирования.

  2. Новизна STEP-ТГМЕ алгоритма фаззификации непрерывных физических величин, в отличие от известного ANY-ТГМЕ алгоритма, заключается в отсутствии программных счётчиков и блока модификации структуры, что позволяет свести до минимума количество операций сравнения МЛР.

  3. Новизна методики автоматизированной разработки интеллектуальной системы управления на основе МЛР с компенсацией взаимного влияния контуров регулирования заключается в сокращении сроков её разработки и в повышении показателей качества управления.

Обоснованность и достоверность результатов работы подтверждаются результатами математического моделирования, экспериментальных исследований и вычислительных экспериментов, основанных на методах теории имитационного моделирования, теории автоматического управления, теории системного анализа, нечёткой и двузначной логик.

Практическая ценность результатов диссертационной работы: 1. STEP-ТГМЕ алгоритм позволяет многократно повысить быстродействие процедуры фаззификации многомерного чёткого логического регулятора в зависимости от количества термов, описывающих непрерывные физические величины.

  1. По сравнению с интеллектуальными системами управления на основе многомерных дискретно-логических регуляторов (ДЛР) количество операций сравнения в ИСУ с МЛР снижено в среднем на 95 %.

  2. Разработано программное обеспечение системы автоматизированной разработки многомерных чётких логических регуляторов "САР МЛР" (свидетельство № 2009614305 Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам о государственной регистрации программы для ЭВМ от 17.08.2009), которое позволяет реализовать и анализировать законченный программный код МЛР в формате языков программирования ПК-основанных и промышленных контроллеров, определённых международным стандартом ШС 61131-3.

  3. На базе шаблонов многомерных чётких логических регуляторов разработана клиент-серверная CASE-система для автоматизации процессов обучения, тестирования и аттестации в образовательных учреждениях и на предприятиях (свидетельства №№ 2009611933, 2009611934 Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам (Роспатент) о государственной регистрации программы для ЭВМ от 15.04.2009).

  1. Использование МЛР в системе управления дистилляционной колонны № 4 цеха "АД-1" ОАО "Сода" позволило снизить перерегулирование в среднем на 53 % и повысить точность регулирования основных технологических параметров (рН жидкости на выходе из смесителя, концентрации NHt, и температуры газа из конденсатора дистилляции) на (40 -^ 45) %.

Реализация результатов диссертационной работы. Результаты диссертационной работы внедрены в:

систему управления паровым котлом ТЭЦ в городе Стерлитамаке (Республика Башкортостан, Россия), что позволило снизить степень взаимного влияния контуров регулирования технологических параметров и повысить точность регулирования в среднем на 48,5 %;

процесс обучения, тестирования и аттестации по учебной дисциплине "Интегрированные системы проектирования и управления" в филиале ГОУ ВПО "Уфимский государственный нефтяной технический университет (УГНТУ)" в городе Стерлитамаке (Республика Башкортостан, Россия).

Апробация диссертационной работы. Основные положения и результаты работы обсуждались и докладывались на следующих конференциях и семинарах:

1-й и 2-й Всероссийской научно-технической конференции "Электротехнологии, электропривод и электрооборудование предприятий" (Уфа, 2007,2009);

4-й Всероссийской зимней школе-семинаре аспирантов "Актуальные проблемы науки и техники" (Уфа, 2009);

научно-практической конференции "Наукоёмкие технологии в машиностроении" (Ишимбай, 2009);

9-й и 11-й Международной конференции CSIT (Computer Science and Information Technologies) (Красноусольск, 2007, Греция, 2009).

Публикации. В рамках диссертационной работы опубликовано 13 печатных работ: 8 научных статей, из них 2 - в рецензируемых журналах из списка ВАК; 2 - в виде тезисов докладов в сборниках материалов конференций; 3 свидетельства Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам о государственной регистрации программ для ЭВМ.

Структура и объём работы. Диссертационная работа изложена на 160 страницах машинописного текста и включает в себя введение, четыре главы, заключение, 75 рисунков, 4 таблицы, библиографический список из 111 наименований на 11 страницах и 2 приложения на 3 страницах.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net