36.Нечеткие регуляторы исполнительного уровня
Методологической основой для проектирования нечетких регуляторов является концепция нечеткой логики.
В основе стандартных современных компьютеров лежит логика «четкого мира». Они работают только с двумя базовыми логическими переменными «Да» и «Нет» и детерминированными числовыми данными, поэтому свойства этого мира описываются совокупностями нулей и единиц
Однако на практике очень часто приходится иметь дело с неопределенными, нестрогими свойствами объектов и процессов, которые не могут быть формализованы в понятиях «четкого мира».
Общий смысл этих понятий нам очевиден, но сделать однозначный вывод о принадлежности конкретного объекта к данному множеству только с помощью слов «Да» и «Нет» зачастую затруднительно, необходимо узнать мнение нескольких экспертов. Английское слово «fuzzy», буквально означающее «ворсистый», «пушистый» – специальный термин, определяющий свойство тканей. Рисунок ворсистой ткани кажется нам размытым, нечетким, неясно очерченным, что соответствует образам «нечеткого мира».
Целесообразность применения методов нечеткой логики при управлении мехатронными системами обусловлена особенностями постановки задач управления, которые заключаются в априорной неопределенности возмущающих воздействий, переменности параметров мехатронных объектов управления и в сложности построения аналитических моделей систем. Характерно, что теория нечетких множеств была предложена проф. Л. Заде именно для решения проблем управления сложными техническими системами.
Структурная схема нечеткого регулятора с параметрической адаптацией приведена на рисунке 4.4. Нечеткий контроллер функционирует на основе экспертной базы знаний и выполняет следующие основные операции:
преобразование данных о переменных состояния системы в нечеткую форму (операция фазификации), хранение и обработка нечеткой информации;
выполнение нечетких выводов по лингвистическим правилам управления, заложенным в базу знаний;
перевод нечетких переменных в четкое представление для управления системой (операция дефазификации).
Для математического представления нечеткой информации используются нечеткие множества, состав объектов которых зависит от мнения экспертов, цели и времени формирования множества. Состав множества задается с помощью функций принадлежности, имеющих вероятностный характер. Так, выражение mА (Х) = С означает, что элемент А принадлежит множеству X с вероятностью С.
Рис. 4.4. Блок-схема нечеткого регулятора
37.Пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) регулятор — устройство в управляющем контуре с обратной связью. Используется в системах автоматического управления для формирования управляющего сигнала с целью получения необходимых точности и качества переходного процесса. ПИД-регулятор формирует управляющий сигнал, являющийся суммой трёх слагаемых, первое из которыхпропорционально разности входного сигнала и сигнала обратной связи (сигнал рассогласования), второе — интеграл сигнала рассогласования, третье — производная сигнала рассогласования.
Назначение ПИД-регулятора — в поддержании заданного значения x0 некоторой величины x с помощью изменения другой величины u. Значение x0 называется заданным значением(или уставкой, в технике), а разность e = (x0 − x) — невязкой (или ошибкой [регулирования], в технике), рассогласованием или отклонением величины от заданной.
Выходной сигнал регулятора u определяется тремя слагаемыми:
,
где Кp, Кi, Кd — коэффициенты усиления пропорциональной, интегральной и дифференциальной составляющих регулятора, соответственно.
Большинство методов настройки ПИД-регуляторов используют несколько иную формулу для выходного сигнала, в которой на пропорциональный коэффициент усиления умножены также интегральная и дифференциальная составляющие:
