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:

1. определить текущие значения значимых выходных переменных;

2. сравнить текущие выходные значения с заданными целевыми значениями;

3. подобрать значения управляющих переменных так, чтобы достичь целевых значений;

4. 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).