33. Приведите известные Вам типы задач, которые решаются с использованием нейросетевых технологий.

Опыт показал, что применение нейронных сетей оправданно там, где закономерности не изучены, а входные данные избыточны, иногда противоречивы и засорены случайной информацией.

Области применения обученных ИНС: обработка видеоизображений; обработка статических изображений; обнаружение и классификация объектов по звуковым и гидроакустическим сигналам; медицинская диагностика; распознавание речи; обнаружение фальсификаций; управление ценами и производством; исследование факторов спроса; прогнозирование потребления энергии; анализ страховых рисков; оценка недвижимости.

Задачи нейронных сетей, генетических алгоритмов и методов нечеткой логики могут рассматриваться вне связи между собой, однако их взаимосвязь довольно высока. Генетические алгоритмы можно применять для подбора весов и топологии ИНС, а также для формирования базы правил и функций принадлежности нечеткой системы. В свою очередь, ИНС позволяют выбирать соответствующие параметры для генетических алгоритмов ( параметры скрещивания и мутации). Методы нечетких множеств позволяют подбирать параметры генетических алгоритмов и коэффициенты, определяющие скорость обучения ИНС.

34. Обоснуйте выбор разрядности АЦП при дискретизации измерительного сигнала с погрешностью не выше 0,1%.

35. Выберите тиристоры реверсивной схемы тиристорного преобразователя, собранного по трехфазной мостовой схеме, нагрузкой которой является электродвигатель с параметрами: Uн = 200 В; Iн = 100 А; RΣ= 1 Ом. Кратность пускового момента равна 2.

36. Какие Вы знаете конструкции технологических мехатронных модулей линейного движения?

Мехатронные модули движения на основе линейных двигателей находят все большее применение в современном технологическом оборудовании. Причем сфера их применения не ограничивается единичным или мелко­серийным производством, например, в авиакосмической промышленно­сти. Линейные двигатели все шире используются в многоцелевых станках для обработки крупных серий на операциях высокоскоростного фре­зерования, шлифования, при обработке длинномерных деталей и для ла­зерного раскроя материалов (рис. 7).

Рисунок 7 – Линейные двигатели IFN1 и IFN3 фирмы Siemens

Традиционные приводы линейных перемещений включали ротаци­онный двигатель и механический преобразователь вращательного движе­ния в поступательное перемещение (шариковинтовую передачу, зубча­тую рейку) (рис. 8).

Эта схема реализует метод объединения элементов мехатронного модуля в едином корпусе. Применение это­го метода интеграции элементов позволяет комбинировать в ММД двига­тели и преобразователи движения различных типов и мощностей, обес­печивая широкий спектр механических характеристик модуля движения по скорости и вращающему моменту.

Мехатронные модули движения на основе линейных высокомоментных двигателей (ЛВМД) находят все большее применение в гексаподах, высокоскоростных станках (многоцелевых, фрезерных, шлифовальных), комплексах для лазерной и водоструйной резки, вспомогательном оборудовании (крестовых столах, транспортерах).

Традиционные электроприводы линейных перемещений включают в себя двигатель вращательного движения и механическую передачу для преобразования вращения в поступательное движение (шарико-винтовуто передачу (ШВП), зубчатую рейку, ленточную передачу и т.п.). С начала 80-х годов известны разработки собственно линейных двигателей, однако из-за низких удельных силовых показателей они имели ограниченную область применения (графопостроители, координатно-измерительные машины) и в автоматизированном оборудовании не могли быть использованы.

Основные преимущества модулей на базе ЛВМД по сравнению с традиционными линейными приводами:

-        повышение в несколько раз максимальной скорости движения (до 150-210 м/мин) и ускорения (в перспективе до 5g);

-        высокая точность реализации движения;

-        высокая статическая и динамическая жесткость.

Вместе с тем имеется ряд проблем при проектировании и внедрении ЛВМД более высокая стоимость, необходимость использования систем охлаждения ММД (жидкостной или воздушной), относительно невысокий кпд модуля.

37. Датчик вибрации, используемый в МС, выполнен в виде консольной балки с инерционной массой на свободном конце и наклеенными на балку тензорезисторами. Изобразите варианты схемы подключения тензорезисторов к входу измерительного усилителя. Рассматривая такой датчик как типовое звено 2-го порядка, предложите способы улучшения передачи высокочастотных составляющих измеряемых вибраций.

38. Какие конструктивные особенности электродвигателей прямого привода обеспечивают низкую скорость их вращения и высокое значение развиваемого момента? Какие типы двигателей используются для этого?

39. Приведите основные факторы качества в процессе проектирования программного обеспечения.

40. Определите передаточный коэффициент тахогенератора ТА-201 привода МС при Iн=0,2А и параметрах тахогенератора: Еуд=7,7 В·с/об; Rя тг=780 Ом:;

nmax=3600 об/мин.

41. Почему электромеханический модуль движения МС является наиболее адаптируемым компонентом современных технологических машин? Каковы основные расчетные соотношения при выборе исполнительного электродвигателя?

42. Сформулируйте назначение системы управления. Дайте определение наблюдаемости системы

Формально, назначение любой системы управления – формирование управляющих воздействий на основе имеющейся информации о состоянии объекта/процесса и внешней среды. Целью управления может быть решение двух обобщенных задач – поддержания некоторых параметров в определенных диапазонах и регулирование значений выходных переменных по требуемому закону. В каждой из этих задач управляющей системе требуется сформировать выходное воздействие, реализация которого компенсирует образовавшуюся ошибку управления.

Для расчета выходных воздействий необходимо знать, как изменятся параметру объекта/процесса при определенном изменении управляемого параметра. Это означает, что разработка систем управления подразумевает построение и использование адекватных математических моделей.

Вторая характеристика системы ‑ наблюдаемость ‑ связана с измерениями и наблюдением. Позволяет ли имеющийся состав датчиков получить достаточную информацию о состоянии системы? Возможно ли косвенным образом вычислить весь текущий вектор состояния х(t), если известны текущее и предыдущее значения выходного сигнала у(t)? Понятие наблюдаемости является дуальным по отношению к управляемости. Процесс называется наблюдаемым, если каждая переменная состояния процесса обусловливает изменение некоторых выходных переменных процесса, которые могут быть измерены. Линейная цифровая система называется полностью наблюдаемой, если для некоторого времени t₀ состояние x(t₀) может быть определено по известным выходной y(t) и входной u(t) переменным для t₀< t < t_n, где t_n - конечное время или шаг.

В большинстве случаев полное состояние системы не может быть измерено непосредственно. Однако, для целей управления часто важно знать полный вектор состояния х(t), даже если адекватные датчики не существуют. Например, иногда требуется "оценить" по изменениям входных и выходных сигналов те переменные состояния, которые необходимы для закона управления, но непосредственно не могут быть измерены.

43. Как конфигурация рабочей зоны манипулятора зависит от его компоновочной схемы? Какая компоновочная схема манипулятора обеспечивает его минимальные габариты и почему? Какая компоновочная схема манипулятора получила наибольшее распространение в живой природе (приведите пример, подсчитайте количество степеней подвижности в кинематических парах выбранного примера манипулятора)?

44. Какие Вы знаете методы и особенности применения трафаретной и контактной печати при изготовлении толстопленочных интегральных микросхем? Ми

45. Представьте упрощенную структурную схему реверсивного тиристорного преобразователя с трехконтурным регулированием выходных координат. Поясните назначение каждого контура и задачи регуляторов в схеме подчиненного регулирования, а также возможные режимы адаптации регуляторов при превышении уровня входного сигнала, сигнала рассогласования.

46. Какими документами определяются взаимоотношения Заказчика и Разработчика при проектировании МС? Как документально оформляются результаты проектирования? Кто передает техническую документацию Изготовителю? Как оформляются изменения в ТЗ?

47. Перечислите типовые задачи мехатроники, при решении которых могут применяться технологии генетических алгоритмов.

При проектировании интеллектуальных систем одной из центральных проблем является решение задач оптимизации. К ним относятся:

- выбор наилучшей стратегии в условиях неопределенности(выбор цели);

- определение наиболее простого варианта построения системы или модели при соблюдению заданных требований к качеству ее функционирования ( задача структурного синтеза);

- нахождение оптимальной настройки параметров многокомпонентной системы при заданной ее структуре (параметрический синтез);

Примеры:

- нахождение оптимального пути мобильной транспортной системы с учетом появления препятствий на ее пути ( минимум пути, недопущение столкновений);

- выбор формы и взаимного расположения функций принадлежности нечеткого регулятора;

- выбор оптимальной структуры нейронной сети (число слоев, количество нейронов в слоях);

- выбор алгоритма обучения нейронной сети, подбор параметров весов.

Все эти примеры - многопараметрический поиск. Для решения подобных задач применяются традиционные методы, имеющие ряд недостатков:

- резкий рост вычислительных затрат и времени;

- локальный характер алгоритмов поиска;

- низкая помехозащищенность алгоритмов. Генетические алгоритмы представляют собой новое направлен6ие – эволюционные вычисления. К ним относятся:

- эволюционные стратегии;

- эволюционное программирование;

-генетическое программирование;

-системы классификации.

48. Поясните назначение, принцип действия и особенности применения программируемых логических контроллеров. Приведите структуру скана ПЛК. Поясните особенности применения релейных и симисторных выходов ПЛК.

49. Приведите примеры информативных и неинформативных параметров? Какие погрешности могут быть вызваны неинформативными параметрами? Каким образом эти погрешности можно минимизировать?

50. Предложите схемотехническое решение по защите полупроводниковых силовых приборов от перенапряжений в схеме тиристорного преобразователя, работающего на двигатель постоянного тока с параметрами: Uя = 400 В. В схеме применены тиристоры Т-112-10-2 и силовой трехфазный трансформатор с нулевой точкой.

51. Поясните цели и задачи конструкторского проектирования МС. Каковы требования, предъявляемые к проектированию и производству МС и критерии качества проекта? конспект

52. Телекамера СТЗ сборочного мехатронного комплекса направлена на движущийся конвейер с деталями. Приведите алгоритм обработки видеоинформации, позволяющий распознавать детали из ограниченного набора на разном расстоянии от камеры (необходимо улучшить качество изображения и выбрать подходящий параметр, способствующий распознаванию).

Телекамера формирует изображение рабочей зоны робота. Задачей предварительной обработки является подготовка изображения к распознаванию объекта.

Дискретизация изображения. Первый шаг предварительной обработки изображения на ЭВМ состоит в квантовании исходного изображения как в пространстве по координатам x и y, так и по яркости пикселей f(x, y).

Фильтрация шумов. В результате фильтрации увеличивается отношение сигнал/шум, что упрощает дальнейшую обработку изображений.

Повышение контрастности. В процессе обработки изображения увеличивается разница в яркости детали и фона, это позволит с большей достоверностью выделить деталь.

Выделение контуров. ЭВМ последовательно выделяет точки изображения, в которых происходит резкое изменение яркости. Обычно эти точки принадлежат контуру той или иной детали, расположенной на более светлом фоне, или являются точками, подчеркивающими различные особенности одной детали (отверстия, ребра и т. п.).

Сегментация изображения представляет собой процедуру выделения на изображении отдельных замкнутых однородных областей. Сегментация может потребоваться в случае, если объекты соприкасаются или частично перекрывают друг друга.

Для распознавания объектов (независимо от их ориентации и места расположения) могут использоваться следующие параметры:

• площадь объекта;

• периметр объекта;

• количество отверстий;

• количество углов;

• диаметры описанной и вписанной окружностей;

• размеры описанного и вписанного прямоугольника;

• параметр формы – отношение квадрата периметра к площади (этот параметр позволяет распознавать объекты также независимо от масштаба изображения).