Курсовая работа: Конструирование алгоритмов управления на основе нечеткой логики и нейронных сетей

Рисунок 2.6. – Изменение уровня жидкости в емкости при различных коэффициентах пропорционального звена ПД-регулятора: Кp = 10 (1), Кp= 50 (2), Кp = 7 (3) при Кd = 30.

Рисунок 2.7. – Изменение уровня жидкости в емкости при различных коэффициентах дифференциального звена ПД-регулятора: Кd=10(1), Кd= 20 (2), Кd= 30 (3) при Кp=50.

Мы можем видеть, что, естественно, коэффициент дифференциального звена приводит к изменению перерегулирования прямо пропорциональным образом. Очевидно, подбором обоих коэффициентов можно добиться и приемлемого времени регулирования, и плавности перехода.

2.4. Нечеткий регулятор для 3 правил

Перейдем к построению нечетких регуляторов. Рассмотрим построение нечеткого регулятора, закон управления которого формируется на основе трех правил:

If (level is okay) then (valve is no change)

If (level is low) then (valve is close fast)

If (level is high) then (valve is open fast)

Получаем следующее: если уровень жидкости «нормальный», то оставляем клапан «без изменений», если уровень «низкий», то клапан «быстро закрывается», если уровень «высокий», то клапан «быстро открывается».

Модель нечеткого регулятора составлена средствами Fuzzy Logic Toolbox. Нечеткие понятия, взятые выше в кавычки, представлены в модели термами лингвистических переменных, с которыми сопоставлены функции принадлежности. Схема системы в Simulink приведена на рисунке 2.8.

Рисунок 2.8. – Схема ОУ с нечетким регулятором (3 правила).

Рисунок 2.9. – Изменение уровня жидкости в емкости в системе с нечетким регулятором.

В данном случае мы получили переходный процесс, по качеству неприемлемый. Подбором функций принадлежности не удается подобрать приемлемый процесс, поскольку не учтена информация о поведении при нормальном уровне жидкости в баке. Приходим к выводу о необходимости подачи на вход регулятора информации о знаке производной. Это будет учтено в регуляторе с пятью нечеткими правилами.

Рисунок 2.10. – Функции принадлежности для термов входной переменной «уровень»-level.

На рисунке 2.10. функция принадлежности low описывает низкий уровень жидкости, okay – нормальный, high – высокий.

Рисунок 2.11. – Функции принадлежности для термов выходной переменной «клапан»-valve.

На рисунке 2.11. функция принадлежности close fast соответствует сигналу быстро закрыть клапан, no change – оставить без изменений, open fast – быстро открыть клапан.

Рисунок 2.12 – Поверхность отклика для нечеткого регулятора (3 правила).

Мы получаем сходную с вышеизложенными зависимость, поскольку закон управления регулятора сходен с пропорциональным.

2.5. Нечеткий регулятор для 5 правил

Теперь построим усовершенствованный нечеткий регулятор уже на основе пяти правил следующего вида:

If (level is okay) then (valve is no change)

If (level is low) then (valve is open fast)

If (level is high) then (valve is close fast)