20

Украинская государственная академия железнодорожного транспорта Кафедра: Специализированные компьютерные системы

проф. кафедры СКС Зав. кафедрой СКС

_________к.т.н. Сытник Б.Т. _________ проф. Загарий Г.И.

( подпись) (подпись)

''_________ '' __________2012 г. ''_______'' ___________2012 г.

(число) (месяц) (число) (месяц)

Методические указания и задание

на расчетно-графическую работу по дисциплине ''Основи комп'ютерно – інтегрованих систем управління''

ТЕМА РАБОТЫ: '' Проектирование нечеткой цифровой информационно – управляющей (НЦИУС) системы ''

Студент______________ группы _________________

Шифр________________

Дата выдачи: ''_____'' ____________ г.

(число) (месяц)

Срок выполнения: ''_____'' __________ г.

(число) (месяц)

1. Исходные данные

1.1Наименование анализируемой системы:_______________________________________________________________­________________________________________________

1.2 Вариант задания ______________________________

(выбрать по номеру в списке группы)

1 .3 Задана система:

ОУ – объект управления; ИМ – исполнительный механизм; D - датчики; МК – нечеткий микроконтроллер; ПУ – пульт управления;

{x}, {U} – сигналы датчиков; {y} – управляющие сигналы;

АД – адаптер; А\Р – автоматический\ручной; Д\М – дистанционный\местный.

Рисунок 1 - Типовая структурная схема проектируемой системы

1.4 Типовая блок – схема алгоритма функционирования МК приведена на рис.2:

Рисунок 2 - Блок – схема алгоритма функционирования МК

1.5 Содержание курсовой работы

№№ пп.	Содержание раздела	Объем, стр.
1	Реферат. Содержание. Введение. Анализ заданного примера применения нечеткой цифровой информационно – управляющей системы НЦИУС. Постановка задачи проектирования	4-5
2	Обосновать математический аппарат исследования нечетких систем и спроектировать структуру нечеткого МК	5-6
3	Для заданного примера рассчитать значения функций принадлежности всех терм-множеств используемых лингвистических (нечетких) переменных	3-4
3	Для заданных правил вывода составить таблицы лингвистических правил (ТЛП) и таблицы бинарных нечетких отношений (ТБО) для соответствующих входных, промежуточных и выходных нечетких переменных. Разработать алгоритм моделирования и провести моделирование на ПЭВМ для пакета Fuzzy-logik системы моделирования MATLAB 6.0	3 - 5
4	Заключение	1

1.6. Варианты заданий приведены в таблице 1.6

Таблица 1.6 - Варианты заданий

№ варианта	Текущее значение входной переменной 1	Текущее значение входной переменной 2		Выходная переменная (результаты вывода)	№ примера проектируемой системы
	температура воды (диапазон изменения от 0 до 1000С)			Выходная переменная - угол поворота (диапазон изменения от минус 90 до плюс 90 град.)	4.1
1	15	-			4.1
2	23	-			4.1
3	25	-			4.1
4	37	-			4.1
5	45	-			4.1
	Температура воздуха (диапазон изменения от 0 до 400С)	Скорость изменения температуры воздуха (диапазон изменения от минус 1 до +10С/мин.)		угол поворота регулятора кондиционера (диапазон изменения от минус 90 до плюс 90 град.)	4.2
7	9	- 0.7			4.2
8	13	- 0.5			4.2
9	17	0			4.2
10	23	+ 0.3			4.2
11	25	+ 0.5			4.2
	Расстояние (диапазон изменения от минус 10 до плюс 30 м.)	Угол (диапазон изменения от минус 90 до плюс 90 град.)		“Мощность” двигателя	4.3
13	- 7	- 40			4.4
14	- 5	- 35			4.4
15	+ 12	+ 10			4.4
	РАССТОЯНИЕ до конечной точки движения локомотива в диапазоне 0-40м	ОТКЛОНЕНИЕ скорости в диапазоне от -4 до +4м/с		Угол зажигания тиристоров в диапазоне от -30 до +30 град.	4.4
17	5	-1			4.3
18	10	-2			4.3
19	15	-3			4.3
20	18	-4			4.3
21	20	1			4.3
22	25	2			4.3
23	30	3			4.3
	Текущее значение входной переменной 1 „ВАГА” – вагова категорія відчепа [0 120].	Текущее значение входной переменной 2 „ШВИДКІСТЬ” – швидкість руху відчепа –  [0 30];	Текущее значение входной переменной 3ВІДСТАНЬ” – відстань до попереднього відчепу – 3, [0 200];	Текущее значение выходной переменной „СТУПІНЬ ГАЛЬМУВАННЯ” – ступінь гальмування уповільнювача, позначимо її як 1 [0 1000].	4.5
6	[0 0 20 40]	[0 0 7]	[0 0 50 100],	[0 0 170],	4.5
12	[20 40 60 80]	[0 7 14]	[50 100 150	[0 170 340],	4.5
16	[60 80 200 200].	[7 14 21]	[100 150 1000 1000]	[0 170 340]	4.5
24	[60 80 200 200].	[14 21 30 30]	[100 150 1000 1000]	[340 510 680]	4.5

Значение в столбце «Вариант» для таблицы 1.6 выбирается, как порядковый номер в журнале преподавателя.

Выходные даннные для курсовой роботы вибираються из таблиц 1.7-1.8 согласно номера в зачетной книжке.

В таблице 1.7 представлено заданное число (Ni) термов для входных и выходной переменных и строка для записи результата вычислений выходной переменной.

Таблица 1.7 - Заданное число (Ni) термов

Вариант	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
заданное число (N1) термов входной переменной 1	3	4	3	4	5	5	4	6	6	7
заданное число (N2) термов входной переменной 2	4	5	3	3	4	5	5	5	6	4
заданное число (N3) термов выходной переменной	3	4	3	3	3	4	4	5	5	5
Выходная переменная (результаты вывода)

Значение в строке «Вариант» для таблицы 1.7 вибирается, как предпоследняя цифра в номере зачетной книжки.

В таблице 1.8 задано рекомендуемое число продукционных правил системы нечеткого вывода.

Таблица 1.8 - Рекомендуемое число продукционных правил

Варианты	0,4,8	1,5,9	2,6	3,7
Число правил продукции	N1*N2	(N1*N2)+1	(N1*N2)+2	(N1*N2)+3

Значение в строке «Варианты» для таблицы 1.8 вибирается, как последняя цифра в номере зачетной книжки.

2. Методические указания на курсовую работу

В основу функционирования заданной системы принимается метод определения лингвистической оценки выходной переменной, основанный на использовании математического аппарата нечеткого логического вывода. Требуется произвести оценку значения выходного сигнала, являющуюся исполнительным воздействием модели. Для построения заданной системы нечеткого управления используются, например, такие лингвистические переменные – расстояние, угол, мощность двигателя. Каждая из них включает заданное число (Ni) термов. Диапазоны изменения, текущие значения и заданное число (Ni) термов входных переменных выбираются студентами согласно варианта из таблиц 16-1.8

Методические указания по проектированию управления заключаются в следующем:

• Согласно эвристических правил управления объектом необходимо сформировать базу правил системы нечеткого вывода.

• Определить используемые функции принадлежности для отдельных лингвистических переменных.

• Согласно формул для треугольных, Z-образных графиков и S-образных графиков

, и

,

,

соответственно, построить графики конкретных функций принадлежности для отдельных лингвистических термов. Причем графики термов отдельных выходных переменных могут быть одноэлементными множествами и их функции принадлежности будут равны 1 в отдельных точках выходного универсума и 0 - в остальных.

• Составить таблицы функций принадлежности для отдельных лингвистических термов для всего универсума.

3. 3. Методика проведения расчета выходной переменной

Провести согласно заданному варианту задания расчет выходной переменной по следующей методике:

• выполнить нормализацию всех входных сигналов;

• выполнить фаззификацию четких входных переменных;

• указать правила, в которых совместно используются соответствующие подусловия;

• провести агрегирование подусловий правил используя операцию max-дизъюнкции или min-конъюнкции;

• провести активизацию заключений в правилах нечеткой продукции;

• провести аккумуляцию заключений правил, используя олерацию max-дизъюнкции;

• провести дефаззификацию, используя метод определения центра тяжести нечетких множеств ( метод Мамдами );

• показать значение выходной переменной на гафике и определить ее числовое значение;

• для одноэлементных множеств значений выходного сигнала указать его значение;

• выполнить денормализацию выходного сигнала.

Перелік літератури та методичних матеріалів, які використовуються при вивченні дисципліни

1. Дж.Ван Гиг Прикладная общая теория систем

2. Месарович М., Мако Д., Такахара И. Теория иерархических многоуровневых систем. (Пер. с англ.). Под ред. И.Ф. Шахнова. М., “Мир”, 1973. 344 с.

3. Берж К. Теория графов и ее применения. Изд-во иностранной литературы, 1962. 141 с.

4. Денисов А.А., Колесников Д.Н. Теория больших систем управления: Учебное пособие для вузов. – Л.: Энергоиздат, Ленингр. отд-ние, 1982. – 288 с.

5. Денисов А.А. Информационные основы управления. – Л.: Энергоатомиздат, 1983. – 72 с.

6. Шеннон К. Работы по теории информации и кибернетике. (Пер. с англ.). Под ред. Р.Л. Добрушина и О.Б. Лупанова. М., ИЛ, 1963, с. 243-668.

7. Колмогоров А.Н. К логическим основам теории информации и теории вероятностей. – “Проблемы передачи информации”, 1969, № 3, с. 3-7.

8. Стратонович Р.Л. Теория информации. М., “Советское радио”, 1975, 424 с.

9. Дьяконов В. MATLAB: учебный курс. — СПб: Питер, 2001. — 560 с.

10. Дьяконов В., Круглов В. Математические пакеты расширения MATLAB. Специальный справочник. — СПб: Питер, 2001. — 480 с.

11. Гультяев А. Визуальное моделирование в среде MATLAB: учебный курс. СПб: Питер, 2000. 432 с.

12. Искусственный интеллект. Кн. 2. Модели и методы: Справочник/Под ред. Д. А.Поспелова. М.: Радио и связь, 1990. — 304 с.

13. Котов В. Е. Сети Петри. — М.: Наука, 1984. — 432 с.

14. Клини.С. Математическая логика. — М.: Мир, 1973. — 480 с.

15. Ковальски Р. Логика в решении проблем. — М.: Наука, 1990. — 280 с.

16. Кофман А. Введение в теорию нечетких множеств. — М.: Радио и связь, 1982. —432с.

17. Круглов В. В., Борисов Н. Н. Искусственные нейронные сети. Теория и практика. — М.: Горячая линия — Телеком, 2001. — 382 с.

18. Кузьмин В. Б. Построение групповых решений в пространствах четких и нечетких бинарных отношений. — М.: Наука, 1982. — 168 с.

19. Лескин А. А., Мальцев П. А., Спиридонов А. М. Сети Петри в моделировании и управлении. — Л.: Наука, 1989. — 136 с.

20. Мандель Н. Д. Кластерный анализ. — М.: Финансы и статистика, 1988. — 176с.

21. Бесекерский В.А. Цифровые автоматические системы.- М.: Наука, 1974.-576 с.

22. Острем К., Витенмарк Б. Системы управления с ЭВМ: Пер. с англ. - М.: Мир, 1987.-480 с.

23. Микропроцессорные системы автоматического управления. \ Под ред. Бесекерского.- Л.: Машиностроение, 1988.-365 с.

24. Изерман Р. Цифровые системы управления.- М.: Мир, 1984.-541с.

25. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микропроцессорах.\ В.В. Сташин,.В. Урусов, О.Ф. Мологонцева.- М.: Энергоатомиздат, 1990.-224 с.

26. Куо Б. Теория и проектирование цифровых систем управления. - М.: Машиностроение, 1984.449 с.

27. Исследование цифровых автоматических систем. Лабораторный практикум. \ Под ред. А.В. Небылова. - СПб.: Издательство С.-Петербургского университета, 1994.- 192с.

28. Солодовников В.А.Микропроцессорные автоматические системы регулирования.-М.:Высшая школа,1991г.-255с.

29. Шило В.П. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. -М.: Радио и связь. 1987, -352с.

30. Романенко В.Д., Игнатенко Б.В. Адаптивное управление технологическими процессами на базе микро-ЭВМ: Учеб. пособ. -К.: Выща школа, 1990. -334с.

31. Вилькевич Б.И. Автоматическое управление электрической передачей и электрические схемы тепловозов. -М.: Транспорт, 1987. -272с.

32. Шевченко А.М. О выборе частоты квантования в цифровой системе управления // Сб. науч. тр./ Актуальные вопросы кибернетики. -М.; Наука. С. 232-233.

33. Шевченко А.М. Методы расчета и адаптации частоты выдачи решений в управляющей ЦВМ // Автоматика и телемеханика. -N7. -1973.-С. 143-152.

34. Джури Э. Импульсные системы автоматического регулирования. -М.: Физматгиз, 1963. -455с.

35. Ажогин В.В., Костюк В.И. Оптимальные системы цифрового управления технологическими поцессами. -К.: Техника, 1982. -175с.

36. Романенко В.Д. Автоматическая настройка системы непосредственного цифрового управления процессом нейтрализации // Сб. науч. тр./ Адаптивные системы автоматического управления. -К.: Техника, Вып. 6, 1978. С. 33-38.

37. Ротач В.Я. Расчет динамики промышленных автоматических систем регулирования, -М.: Энергия, 1973. – 440с.

38. Загарий Г.И., Шубладзе А.М. Синтез систем управления на основе критерия максимальной степени устойчивости. - М.: Энергоатомиздат, 1988. -104с.

39. Ажогин В.В., Романенко В.Д,. Настройка цифровых регуляторов в АСУТП по курсу “Управляющие вычислительные машины и ситемы”, Киев, КПИ, 1983. –53с.

40. Ф.Е.Темников,В.А.Афонин,В.И.Дмитриев.Теоретические основы информационной техники.- М.:Энергия,1971.- 424с.

41. Небылов А.В. Гарантирование точности управления.-М.: Наука. Физматлит, 1988.-304с.

42. Ситнік Б.Т.Цифрові системи автоматичного управління. Конспект лекцій. – Х.: Транспорт України,2002. – 78с.

43. Заде Л.А. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию приближенных решений. -М.: Мир, 1976. -165с.

44. Захаров В.Н., Ульянов С.В. Нечеткие модели интеллектуальных промышленных регуляторов и систем управления// Эволюция и принципы построения // Изв.РАН Техническая кибернетика.-1993.-№4.-c.189-205.

45. Захаров В.Н., Ульянов С.В. Нечеткие модели интеллектуальных промышленных регуляторов и систем управления// Методология проектирования // Изв.РАН Техническая кибернетика.-1993.-№5, -c.197-220.

46. Захаров В.Н., Ульянов С.В. Нечеткие модели интеллектуальных промышленных регуляторов и системы управления. I. Научно-организационные, технико-экономические и прикладные аспекты // Изв. РАН. Техническая кибернетика, 1992.-№5, - c.171-204.

47. Захаров В.Н., Ульянов С.В. Нечеткие модели интеллектуальных промышленных регуляторов и системы управления. IV. Имитационное моделирование // Изв.РАН. Техническая кибернетика, 1994.-№5, -c.168-210.

48. Алиев Р.А., Церковный А.Э., Мамедова Г.А. Управление производством при нечеткой исходной информации. -М.: Энергоатомиздат, 1991. –240с.

49. Каргин А.А. Об использовании нечетких моделей знаний в задачах управления движением поездов. Ч.1 Продукционные модели знаний на основе нечетких множеств // Информационно-управляющие системы на железнодорожном транспорте. 1996. №6. -с.25-27.

50. Каргин А.А., Сытник Б.Т. Об использовании нечетких моделей знаний в задачах управления движением поездов. Ч.2. Структурированные декларативные и процедурные знания в продукционных системах // Информационно-управляющие системы на железнодорожном транспорте. 1997. №1.- с.40-44.

51. Орловский С.А. Проблемы принятия решений при нечеткой исходной информации. –М.:Наука,1981. -208с.

52. Прикладные нечеткие системы // Под. ред. Т.Терано, К.Асаи. М.: Мир,1993. –368с.

53. Клыков Ю.И. Ситуационное управление большими системами.-М.: Энергия, 1974. -178с.

54. Поспелов Д.А. Ситуационное управление: теория и практика. -М.: Наука, 1986. -288с.

55. Мелихов А.Н., Берштейн Л.Е., Коровин С.Д. Ситуационные советующие системы с нечеткой логикой. -М.: Наука, 1990. -272с.

56. Поспелов Д.А. Логико-лингвистические модели в системах управления. - М.: Энергия,1981.- 231 с.

57. Нечеткие множества в моделях управления и искусственного интеллекта. /Под ред. Д.А. Поспелова.-М.: Наука, 1986.-312с.