Регулятор с размытой логикой

(2 ) (22) (46) (71) ва еф го регулир частности объектов с ми характе ническоеАзербайдиях с учебн жанск ем харан как т м о имтическ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫ ОПИСАНИЕ ИЗОБР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 41 36086/24-2418. 07,8623.06.88. Бюл, У 23Сумгаитское высшее теое заведение - филиалого института нефти и(57) Изобретение относитсяавтоматического управлениябыть использовано для авто 1 АЬ ТЕНИЯ," д Яия промышленных, в еперерабатывающих, ественными нелинейныиками, функционирующи неопределенности. При еопределенности святствием необходимой сложностью структуры с трудностью формалидействующих на качество работы системы. С цел шения устойчивости и точност цесса регулирования, регулят держит перестраиваемые квант блок 11 управляющих ключей, логического вывода, фильтр 1 ки задания 5 и 7. 4 ил.Изобретение относится к системам автоматического управления и может быть использовано для автоматического регулирования промышленных, в частности нефтеперерабатывающих и нефтехимических объектов с существенными нелинейными характеристиками, функционирующими в условиях неопределенности. Причем характер неопределенности связан как с отсутствием необходимой информации, со сложностью структуры объекта, так и с трудностью формализации факторов, действующих на качество работы системы.При исходном нечетком описании объектах(2) Е(х(С), у, а),20где х - вектор состояния (управляемый выход объекта); а - векторпараметров объекта, значения которыхявляются размытыми величинами; у.(г.)управляющее воздействие, требуемое 25качество работы системы регулирования обеспечивается применением регулятора с размытой логикой.Цель изобретения - повышение точности и устойчивости, улучшающее качество переходного процесса регулирования. объектов, работающих вусловиях неопределенности размытогохарактера.На фиг. 1 изображена обобщеннаяфункциональная схема регулятора; нафиг. 2 " детальная (подробная) Функциональная схема регулятора; нафиг. 3 - таблица лингвистическихправил регулятора; на фиг. 4 - функция принадлежнЬсти лингвистическихтермов регулятораРегулятор содержит усилители 1-3,дифференциатор 4, блоки 5 задатчиковошибки - диапазонов лингвистическихтермов входного сигнала регулятора(состоящее из отдельных задатчиковс 1-го по 7-й), блоки 6 задатчиковскорости изменения входного сигнала регулятора (состоящие иэ отдель"ных эадатчиков с 1-го по 7-й), блок7 задатчиков управления (состоящийиэ отдельных эадстчиков с 1-го по7-й), блока квантования ошибки -блока определения лингвистическихзначений входного сигнала регулятора (состоящий иэ компараторов, непрерывно-дискретных преобразователей8.1 К.7 К и логических элементов типа запрет входа по входу 8.1 эап - 8.7 эап), блок 9 квантования скорости - блок определения лингвистических значений скорости изменения вход ного сигнала регулятора (состоящий иэ компараторов 9.1 К.7 К и логических элементов типа запрет 9.1 зап.7 зап), блока 10 управляемых ключей (также Фиксирующих заданные соответствия между входными и выходными переменными регулятора и состоящий из ключей с двумя входами 10.1- 10,49), блок 11 элементов И (состоящий из 11,1-11.49 отдельных логических элементов И) и фильтр 1 2.Регулятор реализует следующий размытый логический закон управления, который описывается в виде таблицы лингвистических правил регулирования (фиг. 3). Таблица составлена на основе высказываний в виде размытых лингвистических правил регулирования: "Если вход регулятора "положительно большой" (х=ПБ) и скорость изменения входа "положительно малая" (х=ПМ), тогда выход регулятора "отрицательно средний" (У=ОС) ", иначе,"Если вход регулятора "отрицательно малый" (х=ОМ) и скорость изменения входа "отрицательно большая" (х=ОБ) тогда выход регулятора "положительно средний" (У=ПС)", где х;, х и уг( 1 вп 1 в 3 1 впге г 1 э пф и п,к и ) - соответствующие лингвистигческие значения (терм-множества) входного сигнала регулятора х(С) (регулируемая переменная), скорости изменения входа х(1) и выхода регулятора (управления) у , Причем каждое лингвистическое правило регулирования в (1) определяет размытое отношение, т.е.х=1,пуф 1=1,п,ф 3=1 пгф К=1 фЮ(Н=п, и ).Согласно теории размытых множеств выражение (1) в компактном виде описывается в следующем виде. и иК(х, х, у)=1 Ж=Ц х, х у. (1 а) В (1) терм-множества лингвистических переменных формируются в соответствии с оператором размытия (т,е. квантования) соответствующих переменныхгде х, х и у - соответствующие универсальные множества входа (т,е. воэ можный диапазон изменения универсального входного сигнала), скорости изменения входа и управления;И ; , ) ) и (ц() - соответственно ункции принадлежности лингвистичес ких переменных входа, скорости из-; менения входа и управления. Для терм-множеств х;, хи уг в (2) принята следующая лингвистика: ОБ, ОС, ОМ, НО,.ПМ, ПС, ПБ (отрицательно большой, отрицательно средний, отрицательно малый, ноль, и аналогично для положительного диапазона). Например, в соответствии с теорией размытых множеств лингвистические термы вхолной управляемой переменной можно представить следующим образом хд=.НО О/х,+О/х+О/хз+0,1/х++0,5 ф, щх,) +) /(х, =х, )+Графическое представление приведенных З 5примеров дано на фиг. 4а,=О, а ъ О, Ь( 10 В, Ь =10 В,х =. а,Ъ 1.40При исходном размытом описании обычно в рассуждениях считается , (субъективно), что х(й) и х(й) принадлежат соответствующим размытым терм"множествам х и х со значени-45,ями функций принадлежности не мень,ше 0,5, т.е.р;(х(й) ь 0,5, х(й) 6 х 1 1,7;р.(х - 0,5 Й(й)ех, к 1,750(3) Регулятор работает следующим образом.Регулируемый выходной сигнал объекта х(С) поступает иа вход первого усилителя 1, где умножается напостоянный масштабирующий коэффициент Кх. Выходной сигнал усилителя 1 х(й)К х(С) поступает одновременно(параллельно) на первые входы компа" раторов 8.1 К.7 К (непрерывно-дискретные преобразователи), на вторые входы которых содаются сигналы с различными уровнями х,(ь 1,7) (соответствующие диапазонам лингвистических термов) иэ соответствующих задатчийов 5.1-5.7 блока 5.В компараторах 8.1 К,7 К осуществляется сравнение Ра =8)(х,к(г.)- -х) и на выходах получаются дискретные двухуровневые сигналы: "0" .(низкий уровень) или "1" (высокий уровень). Выходные сигналы компараторов 8-к( =1,7) подаются на пер" вые входы соответствующих логических блоков 8(1,7) типа запрет входа 1 по входу 2 (т.е. НЕ-И), на вторые входы которых поступают сигналы из выходов соответствующих компараторов с номерами +1(1=1,6, 8.2,- 8.7). А на второй вход логического элемента 8,7 всегда подается "0". В элементах 8 ( 1,6) выполЗ(н)няются следующие логические функциинад входными сигналами Р и Р,81 к 6,1 к1 зсп 1 ф " (4)Следовательно, на выходе логических элементов формируется единичный сигнал тогда, когда значения х (С) будут принадлежать заранее определенному интервалу, соответствующему лингвистическому терму х;, т.е.х(й)ех х, х =1,7.Например, при х(С) 6 х, регулятор с помощью квантатора 8 (блока опре" деления лингвистических значений) определяет, что выходной сигнал "отрицательно большой" (ОБ), а при х (С) а х - "нормальный" (НО) и т.д,Одновременно входной сигнал регулятора поступает в дифференциатор 4, на входе блока 4 получается сигнал, равный скорости изменения х(й), который, поступая в усилитель 2, умножается на постоянный коэффициент масштабирования Е.14050 Блок 9 (как и блок 8) имеет 7 вы- ходов, в которых могут быть дискретные сигналы - "0" или "1", соответствующие лингвистическим терм-множествам х,1, (3=17):201 ъап фВыходные сигналы блоков 8 и 9 поступают на соответствующие 7 ю 7 входы блока 10 логического вывода, состоя его иэ 1.11-49.11 элементов И и клюей 1.10-49.10. В логических устрой.- твах 11 и 1 О осуществляется жесткая иксация отношения К(х,х,у), (Е=1,49) ежду лингвистическими переменными 30уИ, 3, г=1,7) в соответстии с ТЛП (1 а) и композиционный выод,из размытого отношения К по текум лингвистическим значениям от вход.х переменных, т,е.35у= х (х ой(х х, у, г=1,7,ричем лингвистические значения (г=1,7) подаются от соответствующих задатчиков 7.1-7,7 блока 7.Фиксация отношения осуществляется4 Гем, что входы (сигнальные) ключей, стоящие на пересечении 1-й строки и -го столбца, жестко соединены с задатчиком соответствующего уровня через шины подключения.Выходные сигналы всех ключей 0.1-10.49, суммируясь на выходной инии, подаются на вход фильтра 12, где сглаживается входной ступенчатый дискретный сигнал. При любом состоянии выходных сигналов кванта- горов 8 и 9 только на одном выходе блока логическогь вывода 11.1-11.49 . устанавливается высокий уровень "1". (,ледовательно, при Рп равном 1", Соответствующее управление иэ блокапоступает через ключ на вход сглаживающего фильтра, На выходе фильтра Регулятор с размытой логикой, содержащий первый усилитель, вход которого соединен с входом регулятора и через второй усилитель - с входом дифференциатора, и последовательно соединенные фильтр и третий усили. тель, являющийся выходом регулятора, 0о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения устойчивости и точности регулятора,.он содержит блок задатчиков ошибки, блок задатчиков скорости, блОк квантования ошибки, 5 блок квантования скорости, блок задатчиков управления, блоки элементов И и блоки управляемых ключей, выходы кОторых соединены с входом 5Затем выходной сигнал второго усилителя х (Г.), соответствующийРреальному масштабированному значению скорости изменения входного (управляемого) сигнала, поступает на вход блока 9. Аналогично работе первого квантатора (блок 8) в блоке 9 с участием блока 6 определяется лингвистический терм (значение) скорости изменения входного управляемого сигнала те.х (г)е хс х, 1=Т;T. 26 612 формируется аналоговый управляющий сигнал, Последний поступает на вход третьего усилителя, где умножаясь на постоянный масштабирующий коэффициент, формируется выходной сигнал регулятора.Предложенный регулятор настраивается с помощью задатчиков 5.1-5.7 и 6,1-6.7 таким образом, чтобы при малых отклонениях выходной (управляемый) переменной объекта от задания, значения управления изменялись мало. Последнее обеспечивает в САУ плавное изменение ошибки регулирования к нулю, что способствует увеличению устойчивости по сравнению с известным регулятором, При средних отклонениях управляемой переменной объекта от задания (как по скорости изменения, так и по ошибке) регулятор в соответ" ствии с предложенной логикой настроен так, чтобы значение управления изменялось бы больше, и тем самым увеличилось бы быстродействие системы (т,е. ошибка быстро стремится к нулю) . Но для очень больших отклонений выхо да, управляющее воздействие изменяется мало по отношению к среднему1 и тем самым уменьшается скорость изменения выхода и колебания (пере- регулирование) объекта, чем обеспечиваетсяустойчивость САУ при сущест" венных возмущениях. Предлагаемый регулятор вырабатывает непрерывный сглаженный (аналоговый) управляющий сигнал по сравнению с известным регулятором, который вырабатывает дискретно-ступенчатый сигнал, и тем самым продлевается срок службы исполнительных механизмов.Формула изобретения14050 7фильтра, выход дифференциатора подключен к входу блока квантования скорости, векторный вход которого соединен с выходом блока задатчиков.5 скорости, а векторный выход - с векторным входом блоков элементов И, векторными выходами соединенных с первыми векторными входами соответствующих блоков ключей, вторые век 26торные входы которых соединены с векторным выходом. блока эадатчиков управления, причем входы блоков элементов И соединены с соответствующими выходами блока квантования ошибки, входом подключенного к выходу первого усилителя, а векторным входом - к выходу блока задатчнков ошибки,ектор Г. Раин.:. н:к Редактор В. Бугренкова акаэ 3104/52 ственно-полиграфическое лредприятие, г, Ужгород, ул:. Про ЗНИИПИ Госуд по делам 035, Москва,ираж Збб Подписноественного комитета СР,Робретений и открытий