К вопросу о проектировании и разработке многомерных интервально-логических регуляторов

Размещено на http://www.allbest.ru/

К вопросу о проектировании и разработке многомерных интервально-логических регуляторов

Антипин А.Ф.

Аннотация

В статье рассматриваются вопросы, связанные с проектированием и разработкой многомерных интервально-логических регуляторов. Приведены их базовые отличия от нечетких регуляторов. Показаны возможности системы для их автоматизированной разработки.

Ключевые слова: многомерный интервально-логический регулятор, нечеткий регулятор, проектирование, редактор продукционных правил, система автоматизированной разработки

Анализ современных систем проектирования автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) и инструментальных комплексов для программирования промышленных и ПК-основанных логических контроллеров и устройств интеллектуального управления [1], таких как TRACE MODE, SIMATIC STEP 7, Twido Soft, показал, что для полноценной программной реализации структуры и алгоритмов работы многомерных нечетких интервально-логических регуляторов (МИЛР) с переменными в виде совокупности аргументов двузначной логики следует разработать специальное программное обеспечение.

Необходимость создания систем для автоматизированного проектирования и/или разработки МИЛР возникает вследствие высокой сложности программной реализации системы продукционных правил (СПП), которая напрямую зависит от количества термов, используемых для представления переменных [2].

МИЛР являются альтернативной ступенью развития нечетких регуляторов в плане повышения быстродействия систем автоматического регулирования на их основе, расширения области применения и снижения взаимного влияния контуров регулирования.

Отличительной особенностью структуры МИЛР является отсутствие в ней элементов обработки продукционных правил. Так, в каждом цикле работы МИЛР в процессе сканирования значений непрерывных величин формируется ID-номер, или ключ, продукционного правила, используемый для определения комбинации значений управляющих воздействий в текущий момент t. Комбинации значений управляющих воздействий МИЛР хранятся в массиве или базе данных (зависит от технических характеристик используемых устройств автоматизации).

На рисунке 1 приведена блок-схема МИЛР с n входными параметрами X, k и m выходными параметрами Z и Y, где И₁, …, И_n - интервализаторы, а Д₁^(Z), …, Д_k^(Z) и Д₁^(Y), …, Д_m^(Y) - деинтервализаторы МИЛР; N_min, N_тек и N_max - минимальный, текущий и максимальный ID-номер продукционного правила в массиве значений управляющих воздействий в блоке логического вывода (БЛВ) с регулирующей и компенсационной СПП (РСПП и КСПП соответственно); # - элемент ID-номера продукционного правила БЛВ, формируемого из номеров термов T(X₁), …, T(X_n) и T(Z₁), …, T (Z_k).

Рисунок 1 Блок-схема МИЛР с минимизированным временем отклика

В МИЛР, в связи со спецификой работы, взамен стандартных для нечетких регуляторов (НР) понятий “фаззификации” и “дефаззификации”, введены понятия “интервализации” и “деинтервализации”, определенные ниже [3].

Интервализация представляет собой процесс определения принадлежности значения непрерывной величины МИЛР тому или иному интервалу, входящему в диапазон значений данной величины.

Деинтервализация - процесс, обратный интервализации, то есть выделение требуемого значения непрерывной величины из интервала, входящего в диапазон значений данной величины.

Интервализаторы и деинтервализаторы МИЛР представляют собой блоки, реализующие процессы интервализации и деинтервализации соответственно.

ID-номера продукционных правил МИЛР с n входными, k и m выходными параметрами будут расположены в диапазоне от N_min до N_max. Правило, ID-номер которого равен 0 предназначено для контроля состояний непрерывных величин и называется “нулевым”, или аварийным, правилом.

На рисунке 2 изображена структурная схема системы автоматизированной разработки МИЛР “САР МИЛР”, разработанной автором (стрелками обозначены внутренние связи между отдельными блоками “САР МИЛР”, каждый из которых является самостоятельным элементом).

интервальный логический регулятор

Рисунок 2 Структурная схема системы автоматизированной разработки МИЛР

Редакторы блоков интервализации и деинтервализации предназначены для создания или редактирования параметров интервализаторов и деинтервализаторов непрерывных физических величин МИЛР с целью дальнейшего преобразования их кода в форматы языков программирования международного стандарта IEC 61131-3 [4].

Редактор правил и управляющих воздействий предназначен для создания и редактирования СПП МИЛР и выполняет следующие основные функции:

- создание и/или редактирование СПП МИЛР с учётом логических связей с редакторами интервализаторов и деинтервализаторов;

- интегрирование СПП в структуру МИЛР;

- проверка правильности вводимых с клавиатуры данных;

- преобразование программы МИЛР в форматы языков программирования, описанных в стандарте IEC 61131-3;

- графическое отображение СПП МИЛР.

Для создания СПП в редакторе реализован собственный графический язык программирования, получивший название STEP GRAPH и основанный на системе интервализаторов и деинтервализаторов МИЛР. При создании правила в редактор продукционных правил добавляются отрезки числовых осей всех входных блоков МИЛР, которые поделены на области, или термы, отмеченные красным цветом. В редактор управляющих воздействий при этом будут добавлены отрезки числовых осей всех выходных блоков МИЛР. Логические переменные будут представлены в виде отрезков, разбитых на две области, которые соответствуют состояниям “0? и “1? соответственно [5].

Принцип работы со STEP GRAPH базируется на создании продукционных правил путём выделения необходимых областей, или термов, переменных МИЛР [6]. Для этого надо кликнуть мышью по требуемой области отрезка числовой оси, при этом термы будут автоматически окрашены в зелёный цвет.

На рисунке 3 представлен скриншот главного окна “САР МИЛР”.

Рисунок 3 Скриншот главного окна “САР МИЛР”

Проектирование и разработка МИЛР с использованием программы “САР МИЛР” позволяет снизить затраты времени в плане:

- создания систем интервализаторов/деинтервализаторов МИЛР с нужным числом, характером и порядком распределения термов непрерывных величин;

- создания и редактирования СПП в графическом языке программирования STEP GRAPH;

- проведения семантического анализа структуры МИЛР с целью выявления логических ошибок или отклонений от концепции построения;

- генерации программ МИЛР для промышленных контроллеров в формате языков программирования, описанных в международном стандарте IEC 61131-3.

Библиографический список

1. Антипин А.Ф. О повышении быстродействия систем интеллектуального управления на базе нечеткой логики // Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. 2013. № 5. С. 22-26.

2. Антипин А.Ф. Системы управления технологическими процессами на базе многомерных логических регуляторов // Автоматизация и современные технологии. 2014. № 1. С. 12-18.

3. Антипин А.Ф. Особенности программной реализации многомерных логических регуляторов с переменными в виде совокупности аргументов двузначной логики // Автоматизация и современные технологии. 2014. № 2. С. 30-36.

4. Антипин А.Ф. Об одном способе анализа структуры многомерного четкого логического регулятора // Прикладная информатика. 2012. № 5. С. 30-36.

5. Антипин А.Ф. Способ фаззификации значений непрерывных величин с предсказанием термов в многомерном четком логическом регуляторе // Автоматизация в промышленности. 2013. № 9. С. 65-68.

6. Степашина Е.В., Мустафина Е.А. Численный алгоритм уточнения механизма химической реакции DRGEP-методом // Журнал Средневолжского математического общества. 2011. Т. 12. № 3. С. 122.

Размещено на Allbest.ru