- •1. Введение
- •1.1. Задачи, стадии и этапы проектирования
- •1.2. Задачи коммерциализации: бизнес-план и жизненный цикл продукции
- •1.3. Вопросы для самоконтроля
- •2. Проектирование элементов мехатронных систем
- •2.1. Мехатроника – инструментарий для разработки робототехники
- •2.2. Программный инструментарий для проектирования мехатронных систем
- •2.3. MexBios Development StidioTm
- •2.4. Программное обеспечение VisSim
- •2.6. Вопросы для самоконтроля
- •3. Оптимизация пид-регулятора по заданному целевому функционалу
- •3.1. Основные требования к системе и математический аппарат
- •3.2. Требования к физической реализуемости модели
- •3.3. Формализация требований к системе: целевая функция
- •3.4. Особенности целевых функций при оптимизации регуляторов
- •3.5. Синтетические критерии оптимальности
- •3.6. Оптимизация ансамбля систем
- •3.7. Методы одномерной оптимизации
- •3.7.1. Прямые методы отыскания экстремума
- •3.7.2. Итеративный поиск
- •3.7.3. Метод Монте-Карло
- •3.7.4. Дихотомическое деление отрезка
- •3.7.5. Метод чисел Фибоначчи
- •3.7.6. Метод золотого сечения
- •3.8. Методы многопараметрической оптимизации
- •3.8.1. Случайный поиск
- •3.8.2. Метод исключения касательными
- •3.8.3. Градиентный метод
- •3.8.4. Метод Ньютона
- •3.8.5. Метод секущих
- •3.8.6. Метод покоординатного спуска
- •3.8.7. Метод Розенброка
- •3.8.8. Метод Хука – Дживса
- •3.8.9. Метод Нелдера – Мида (деформируемого многогранника)
- •3.8.10. Метод Флетчера-Рився (сопряженных градиентов)
- •3.8.11. Метод Девидона – Флетчера – Пауэлла (переменной метрики)
- •3.8.12. Метод локальной оптимизации
- •4. Эволюционные методы
- •4.1. Введение в эволюционные методы
- •4.2. Генетический алгоритм
- •4.3. Простой генетический алгоритм
- •4.4. Преимущества генетических алгоритмов
- •4.5. Пример с транспьютерными технологиями
- •4.6. Генетический метод комбинирования эвристик
- •5. ДинамическОе программирование
- •5.1. Принцип динамического программирования
- •Литература
- •ПриложенИя Приложение 1. Система технической документации на асу
- •Приложение 2. Выдержки из гост 34.601-90. Автоматизированные системы. Стадии создания
- •1. Общие положения
- •2. Стадии и этапы создания ас
- •Приложение 3. Выдержки из гост 34.602-89. Техническое задание на создание автоматизированной системы
- •1. Общие положения
- •2. Состав и содержание
- •3. Правила оформления
- •1. Исходные предпосылки создания комплекса
- •2. Взаимосвязь екс ас с другими системами и комплексами стандартов
- •1. Общие положения
- •2. Предварительные испытания
- •2.2. Автономные испытания
- •2.3. Комплексные испытания
- •3. Опытная эксплуатация
- •4. Приемочные испытания
- •1. Общие положения
- •2. Требования к содержанию документов
- •2.1. Схема организационной структуры
- •2.2. Описание организационной структуры
- •2.3. Технологическая инструкция
- •2.4. Инструкция по эксплуатации
- •2.5. Должностная инструкция
- •1. Виды и наименование документов
- •2. Комплектность документации
- •3. Обозначения документов
- •1. Введение 3
- •2. Проектирование элементов мехатронных систем 13
- •3. Оптимизация пид-регулятора по заданному целевому функционалу 19
- •4. Эволюционные методы 43
- •5. ДинамическОе программирование 56
2.4. Программное обеспечение VisSim
Из курса «Моделирование систем» слушатели должны быть знакомы с программным обеспечением VisSim, которое позволяет не только моделировать работу замкнутых динамических систем, но также и оптимизировать регулятор, включая многоканальные регуляторы.
Отметим основные достоинства этой программы.
1. Моделирование осуществляется по шагам, что в точности соответствует действию цифровых управляющих устройств, то есть устройств на основе микропроцессора. Поэтому если при моделировании получен удовлетворительный результат, то и при работе реального цифрового управляющего устройства (в том числе – в контуре с отрицательной обратной связью) результат также будет удовлетворительным. Данное утверждение не распространяется на случаи неадекватной модели объекта или некорректного моделирования, а также на случае некорректно выбранного метода интегрирования. В учебном пособии по программному обеспечению VisSim отмечено, что следует использовать простой метод Эйлера (в опции «выбор метода интегрирования»).
2. Система не допускает моделирования некорректно заданных звеньев, то есть звеньев, которые не могут быть физически реализованы. Это также является достоинством, поскольку снижает вероятность ошибки проектировщика.
3. Программа содержит инструментарий для численной оптимизации нескольких параметров (в зависимости от версий – от 5 и более параметров) по заданной стоимостной функции. Это позволяет легко и просто рассчитать регулятор. В соединении с разработанными нами методами эта методика может быть распространена и на случаи многоканальных объектов с многоканальными регуляторами.
4. Программа допускает различные методы задания математических моделей элементов сложной структуры. В одном проекте отдельные элементы могут быть заданы разными путями, например, описанием в форме передаточной функции (для линейных объектов), в форме нелинейных функций во временной области (для нелинейных объектов), в виде логических элементов, булевых функций, генераторов детерминированных функций и псевдослучайных функций, блоков программы MATLAB и других.
5. Результаты оптимизации могут быть отражены в графической форме (графики переходных процессов).
6. Наряду с сигналами во временной области (входные, выходные и промежуточные сигналы), могут быть получены графики в иных осях, в том числе – в режиме фигур Лиссажу, в частотной области, диаграммы Боде (то есть амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики), в виде фазовых траекторий и так далее. Все полученные графики могут быть сохранены в файл данных для дальнейшей обработки другими программными средствами.
7. Программа допускает режим реального времени.
8. В профессиональной версии программа допускает использование входных портов компьютера в качестве выходов реальных блоков и выходных портов компьютера в качестве входов реальных блоков. Таким образом, в работе моделируемой системы могут участвовать реальные устройства. При этом должен использоваться режим реального времени.
9. Поскольку программа сохраняет лишь проект (структуру), но не сохраняет получаемые графики (кроме случая импортирования их в файлы), накопленные наработки занимают малый объем памяти, как и сами дистрибутивы этого программного средства.