Регулятор с размытой логикой

Регулятор с размытой логикой

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к системам .автоматического управления и может быть использовано для автоматического регулирования промышленных, в частности нефтеперерабатьшающих, объектов с существенными нелинейными характеристиками, функционирующими в условиях неопределенности. Причем характер неопределенности связан как с отсутствием необходимой информации, со сложностью структуры объекта, так и с трудностью формализации факторов, действующих на качество работы системы. С целью повышения устойчивости и точности процесса регулирования, регулятор содержит перестраиваемые квантаторы, блок 11 управляющих ключей, блок 10 логического вьшода, фильтр 12, блоки задания 5 и 7. 4 ил. S (Л 4 о ел о ю 05

,сК * 3

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

2 Ai (19) (11) (51) 4 G В 13/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, " !g

И д BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21} 41 36086/24-24 (22) 18. 07, 86 (46) 23.06.88. Бюл, Р 23 (71) Сумгаитское высшее техническое учебное заведение — филиал Азербайджанского института нефти и химии им. M.Àçèçáåêoâà (72) P.À.Алиев, С.M.Джафаров и М.Д.Бабаев (53) 62-50(088.8) (56) Нефть и газ, Известия ВУЗов, 1985, М- 8, с. 78-84. (54) РЕГУЛЯТОР С РАЗМЫТОЙ ЛОГИКОЙ (57) Изобретение относится к системам .автоматического управления и может быть использовано для автоматического регулирования промышленных, в частности нефтеперерабатывающих, объектов с существенными нелинейными характеристиками, функционирующими в условиях неопределенности. Причем характер неопределенности связан как с отсутствием необходимой информации, со сложностью структуры объекта, так и с трудностью формализации факторов, действующих на качество работы системы. С целью повышения устойчивости и точности процесса регулирования, регулятор содержит перестраиваемые квантаторы, блок 11 управляющих ключей, блок 10 логического вывода, фильтр 12, блоки задания 5 и 7. 4 ил.

1405026

Изобретение относится к системам автоматического управления и может быть использовано для автоматического регулирования промышленных, в частности нефтеперерабатывающих и нефтехимических объектов с сущестФ венными нелинейными характеристиками, функционирующими в условиях неопределенности. Причем характер неопределенности связан как с отсутствием необходимой информации, со сложностью структуры объекта, так и с трудностью формализации факторов, действующих на качество работы системы.

При исходном нечетком описании объекта

x(f) - f(x(t), y(t), а) 9

20 где x(t) - вектор состояния (управляемый выход объекта); а — вектор параметров объекта, значения которых являются размытыми величинами; y(t) управляющее воздействие, требуемое качество работы системы регулирования обеспечивается применением регулятора с размытой логикой.

Цель изобретения — повышение точности и устойчивости, улучшающее качество переходного процесса регулирования. объектов, работающих в условиях неопределенности размытого характера.

На фиг. 1 изображена обобщенная функциональная схема регулятора; на фиг. 2 " детальная (подробная) функциональная схема регулятора; на фиг. 3 — таблица лингвистических правил регулятора; на фиг. 4 — функ- 40 ция принадлежности лингвистических термов регулятора °

Регулятор содержит усилители 1-3, дифференциатор 4, блоки 5 задатчиков ошибки — диапазонов лингвистических термов входного сигнала регулятора (состоящее из отдельных задатчиков с 1-ro по 7-й), блоки 6 задатчиков скорости изменения входного сигнала регулятора (состоящие иэ отдель" ных эадатчиков с 1-го по 7-й), блок

7 задатчиков управления (состоящий иэ отдельных эадстчиков с 1-го по

7-й), блока квантования ошибки— блока определения лингвистических значений входного сигнала регулятора (состоящий иэ компараторов, непре.» рывно-дискретных преобразователей

8.1К-8.7К и логических элементов типа запрет входа по входу 8.1эап—

8.7эап), блок 9 квантования скорости — блок определения лингвистических значений скорости изменения вход ного сигнала регулятора (состоящий иэ компараторов 9.IK-9.7К и логических элементов типа запрет 9.1зап9.7зап), блока 10 управляемых ключей (также фиксирующих заданные соответствия между входными и выходными переменными регулятора и состоящий из ключей с двумя входами 10.1-!

0.49), блок 11 элементов И (состоящий из 11.1-11.49 отдельных логических элементов И) и фильтр 1 2.

Регулятор реализует следующий размытый логический закон управления, который описывается в виде таблицы лингвистических правил регулирования (фиг. 3). Таблица составлена на основе высказываний в виде размытых лингвистических правил регулирования: "Если вход регулятора "положительно большой" (х=ПБ) и скорость изменения входа "положительно малая" (x=IIM) тогда выход регулятора "отрицательно средний (у=ОС) ", иначе, "Если вход регулятора "отрицательно малый" (х=ОИ) и скорость изменения входа "отрицательно большая" (х=ОБ),, тогда выход регулятора "положительно средний" (у=ПС)", где х;, х и у, (i=1 n,, 1=1«n, r=l n в к и ) - соответствующие лингвистиг ческие значения (терм-множества) входного сигнала регулятора x(t) (регулируемая переменная), скорости

l изменения входа x(t) и выхода регулятора (управления) у(t), Причем каждое лингвистическое правило регулирования в (1) определяет размытое отношение, т.е. х 1 упав 1-1 уn„j 1 пгю k=1 вN (N=n n ).

Согласно теории размытых множеств выражение (1) в компактном виде описывается в следующем виде . и и

R(x, х, y) =UR„=U х, х„у, (l а)

В (l ) терм-множества лингвистических переменных формируются в соответствии с оператором размытия (т,е. квантования) соответствующих переменных

1405026

x (Ь ( (х 5 (IIÄ.(х ))(xÄfx,р,x(0,5; (х„, (((„. (х„) )(х„ех,р„.,е(0,5; (v.)7„„(7))(7х7,(о х(о,I)}, х.ех,„бх, у еу, 1

I,О)», -),7;

I,О)} . j-I,7;

r=l,7 где х, х и у - соответствующие универсальные множества входа (т.е. воэ- 10 можный диапазон изменения универсальf ного входного сигнала), скорости изменения входа и управления;(ц „; (), „ (° ) и (0„„(° ) - соответственно ункции принадлежности лингвистических переменных входа, скорости из-; менения входа и управления. Для терм-множеств х; х и у в (2) принята следующая лингвистика: ОБ, ОС, ОМ, НО, ПМ, ПС, ПБ (отрицательно большой, отрицательно средний, отрицательно малый, ноль, и аналогично для положительного диапазона). Например, в соответствии с теорией размытых множеств лингвистические термы вхолной управляемой переменной можно представить следующим образом

x+=.H0 O/х,+О/x +0/хз+0,1/х +

+0,5/(x x„„)+0,8/õв+1/(x9 х5од) +

+0,8/x,(7 +055/(х((=х)5о)+0 l /xj. +О/x +

+0,5 (x„=x, ) +) /(х, =х, )+...

Графическое представление приведенных 5 примеров дано на фиг. 4

a„„„=O, а ъ О, b 10В, b „=10В, х = (a,bJ.

При исходном размытом описании обычно в рассуждениях считается, (субъективно), что x(t) и x(t) принадлежат соответствующим размытым

1 терм"множествам х и х со значени- 45

i .ями функций принадлежности не мень:me 0,5, т.е. . (ц„;(х(й) 0,5, x(t) 6 х,, il,7;

„.(x(t) 0,5 k(t)ax, ) 1,7 ° 50 (3)

Регулятор работает следующим образом.

Регулируемый выходной сигнал объекта x(t) поступает иа вход первого усилителя 1, где умножается на постоянный масштабирующий коэффициент Кх. Выходной сигнал усилителя 1 х (t) K„ x(t) поступает одновременно (параллельно) на первые входы компараторов 8.1К-8.7К (непрерывно-дискретные преобразователи), на вторые входы которых содаются сигналы с различными уровнями х,(i 1,7) (соответствующие диапазонам лингвистических термов) иэ соответствующих задатчийов 5.1-5.7 блока 5.

В компараторах 8.1К-8,7К осуществляется сравнение Р> =$(7)(х,к(t)-х,;) и на выходах получаются дискретные двухуровневые сигналы: "О" .(низкий уровень) или "1" (высокий уровень). Выходные сигналы компараторов 8- i (i =1,7) подаются на первые входы соответствующих логических блоков Si,,(i „ 1,7) типа запрет входа 1 по входу 2 (т.е. НЕ-И), на вторые входы которых поступают сигналы из выходов соответствующих компараторов с номерами „+1(i„=l 6, 8.2,8.7„). А на второй вход логического элемента 8.75 „ всегда подается "О".

В элементах Si (i 1,6) выпол5(Н) няются следующие логические функции над входными сигналами Р и Р .

1К 1+К

1, 7. "" (4)

Следовательно, на выходе логических элементов формируется единичный сигнал тогда, когда значения х (t) будут принадлежать заранее определенному интервалу, соответствующему лингвистическому терму х;, т.е. х„(t)eх,(х, 1 = 1,7. Например, при x„(t) 6 х, регулятор с помощью квантатора 8 (блока определения лингвистических значений) определяет, что выходной сигнал "отрицательно большой" (ОБ), а при

x„(t) е х - "нормальный" (НО) и т.д.

Одновременно входной сигнал регулятора поступает в дифференциатор 4, на входе блока 4 получается сигнал, равный скорости изменения x(t) который, поступая в усилитель 2, умножается на постоянный коэффициент масштабирования K

5 1

Затем выходной сигнал второго усилителя х (t ), с оо тв е тс тв ующий

0 реальному масштабированному значению скорости изменения входного (управляемого) сигнала, поступает на вход блока 9. Аналогично работе первого квантатора (блок 8) в блоке 9 с участием блока 6 определяется лингвистический терм (значение) скорости изменения входного управляемого сигнала т ° е.

L хг (t)e х сх, j=

405026 6

12 формируется аналоговый управляющий сигнал. Последний поступает на вход третьего усилителя, где умножа5 ясь на постоянный масштабирующий коэффициент, формируется выходной сигнал регулятора.

Предложенный регулятор настраивается с помощью задатчиков 5.1-5.7 и

6,1-6.7 таким образом, чтобы при малых отклонениях выходной (управляемый) переменной объекта от задания, значения управления изменялись мало. (Последнее обеспечивает в САУ плавное

Блок 9 (как a zблок 8) имеeò 7 вы- ходов, в которых могут быть дискретлю, что способств твует увеличению устоичивости по сравнению с известным ствующие лингвистическим терм-мнорегулятором. П и с е н жествам х (=1,7): ,/э 3= э управляемой переменной объекта от дания (как по скорости изменения, Р. - =P АР

91 san 9Jk 9 ° )k+\ (jk так и по ошибке) регулятор в соответ" ..1зап ствии с предложенной логикой настроВыходные сигналы блоков 8 и 9 посту- ен так, чтобы значение УпРавлениЯ иэпают на соответствующие 7 !7 входы менялось бы больше, и тем самым увеб пока 10 логического вывода, состоя- 2> личилось бы быстродействие системы

его иэ 1.11-49 11 элементов H и клю- (т,е. ошибка быстРо стРемитсЯ к нУлю) . ей 1.10-49 10.

9. O. В логических устрои-.- Но дЛЯ очень больших отклонений выхо твах 11 и 10 осуществляется жесткая да, Управляющее воздействие изменяиксация отношения R„(x,õ,у), (k=1 49) етсЯ мало по отношению к среднему, ежду лингвистическими переменными З0 и тем самым УменьшаетсЯ скоРость из7) в оо в менениЯ выхода и колебаниЯ (пеРеии с ТЛП (la) и композиционный вы- регулирование) объекта, чем обеспеод,из размытого отношения R по теку чивается устойчивость САУ при сущест" м лингвистическим значениям от вход венных возмущениях. Предлагаемый регу х переменных, т.е. лятор вырабатывает непрерывный сглажен35 ный (аналоговыи) управляющий сигнал по сравнению с известным регулятором, ричем лингвистические значения который вырабатывает дискретно-сту„(r=l,7) подаются от соответству- пенчатый сигнал, и тем самым продющих задатчиков 7.1-7,7 блока 7.

40 левается срок службы исполнительн Ix

Ь

Фиксация отношения осуществляется механизмов. Гем, что входы (сигнальные) ключей, Формула изобретения стоящие на пересечении i-й строки и -го столб а

-го столбца, жестко соединены с Регулятор с размытой логикой, со3адатчиком соответствующего уровня держащий первый усилитель, вход кочерез шины подключения. торого соединен с входом регулятора

Выходные сигналы всех ключей и через второй усилитель — с входом

l0.1-10.49 с мм суммируясь на выходной дифференциатора, и последовательно инии, подаются на вход фильтра 12, соединенные фильтр и третий усилиГде сглаживается входной ступенча- - . тель, являющийся выходом регулятора, !

ый дискретный сигнал. При любом .бо отличающийся тем, что, Состоянии выходных сигналов кванта- с целью повышения устойчивости и точ. . оров 8 и 9 только на одном выходе ности регулятора,.он содержит блок блока логического вывода 11.1-11.49 задатчиков ошибки, блок задатчиков устанавливается высокий уровень "1". скорости, блок квантования ошибки, (",ледовательно, при Р„п равном "1", бб блок квантования скорости, блок заСоответствующее управление иэ блока датчиков управления, блоки элемен7 поступает через ключ на вход сгла- тов И и блоки управляемых ключей, живающего фильтра. На выходе фильтра выходы кОторых соединены с входом

i4050

7 фильтра, выход дифференциатора подключен к входу блока квантования скорости, векторный вход которого соединен с выходом блока задатчиков .5 скорости, а векторный выход — с векторным входом блоков элементов И, векторными выходами соединенных с первыми векторными входами соответ» ствующих блоков ключей, вторые век26 торные входы которых соединены с векторным выходом блока эадатчиков управления, причем входы блоков элементов И соединены с соответствующими выходами блока квантования ошибки, входом подключенного к выходу первого усилителя, а векторным входом — к выходу блока задатчиков ошибки, 1405026

Фиг. Я,У ф ХЮ ХФ ЯУ41 ХУ "e "ll"Х1 Я1 ВСМ,ХЩ Я Е Ц Х®

Хд=Х х

Составитель А.Лащев

Техред А.Кравчук Корректор Г. Рван..:.н;1к

Редактор В. Бугренкова

Заказ 3104/52

Тираж 8бб 1Ti) fl,TIисHос

ЗНИИПИ Государственного комитета СС(. Р по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4!5

Производственно-полиграфическое лредприятие, г. Ужгород, ул:. Проектнан,