Материал: neuro_lab3
Отчет по лабораторной работе № 3
по дисциплине «Нейро-нечеткие технологии в задачах управления» Тема: «Изучение основ применения нечеткой логики»
Цель работы – изучение основ работы с элементами нечёткой логики в среде Fuzzy Logic Toolbox ППП Matlab.
Выполнение
1. Изучение состава модели системы с регулятором воды в баке в Simulink.
Общий вид модели системы с регулятором воды в баке представлен на рис. 1. Изображенная система имеет следующие характеристики:
-в состав системы включен блок Fuzzy Logic Controller – контроллер нечеткой логики. Выход нечеткой системы является уровнем, на котором распределительный клапан открывается или закрывается;
-изначально клапан Valve закрыт;
-бак tank2 имеет высоту 2 м, площадь дна 1 м2, начальный уровень воды 0,5 м, площадь поперечного сечения выходной трубы бака 0,05 м2;
-параметры блока change – верхняя и нижняя границы нелинейности типа «насыщение» –
составляют ± 0,1; - генератор сигналов воспроизводит прямоугольные импульсы амплитудой 0,5 с частотой
0,1 с-1.
Рис. 1 – Общий вид системы Состав модели бака представлен на рис. 2.
Рис. 2 – Модель бака
Состав модели клапана представлен на рис. 3.
Рис. 3 – Модель клапана
2. Анализ графиков, выводимых в блоках Scope.
Реализуем моделирование системы. Полученные показания блоков Scope представлены на рис. 4 - 6.
2
Рис. 4 – Объем воды, вытекающей из бака (показания Scope4)
Из рис. 4 видно, что объем воды, вытекающей из бака, закономерно увеличивается, идет на относительно постоянном уровне, а затем уменьшается и идет на относительно постоянном уровне с некоторым периодом.
Рис. 5 – Уровень воды в баке (Показания Comparison)
Процесс на рис. 5 периодический. Из рис. 4 – 5 видно, что при увеличении уровня воды в баке объем воды, вытекающей из бака, увеличивается, а при уменьшении уровня воды в баке объем воды, вытекающей из бака, уменьшается.
Рассмотрим первый и второй полупериоды на рис. 5. Для первого полупериода справедливо, что сначала уровень воды в баке резко увеличивается, затем увеличивается медленно, достигает максимального значения, после этого медленно уменьшается.
Для второго полупериода справедливо, что сначала уровень воды в баке резко уменьшается, затем уменьшается медленно, достигает минимального значения, после этого медленно увеличивается.
3
Рис. 6 – Скорость изменения уровня воды в баке (Показания Change scope)
Рассмотрим первый и второй полупериоды на рис. 5 – 6. Для первого полупериода справедливо, что когда скорость изменения уровня воды в баке имеет постоянное положительное большое значение, уровень воды в баке резко увеличивается. Когда скорость положительная и уменьшается, уровень воды в баке медленно увеличивается; скорость уменьшается до нуля, при этом уровень воды в баке максимален. Когда скорость отрицательная, а ее модуль сначала увеличивается, потом уменьшается, уровень воды медленно уменьшается; скорость уменьшается до нуля.
Для второго полупериода справедливо, что когда скорость изменения уровня воды в баке имеет постоянное отрицательное большое по модулю значение, уровень воды в баке резко уменьшается. Когда скорость отрицательная и уменьшается по модулю, уровень воды в баке медленно уменьшается; скорость уменьшается до нуля, при этом уровень воды в баке минимален. Когда скорость положительная и сначала увеличивается, потом уменьшается, уровень воды медленно увеличивается; скорость уменьшается до нуля.
3. Анализ графиков, выводимых в блоках Scope, при использовании в контуре ПИДрегулятора вместо нечеткого.
ПИД-регулятор представляет из себя ПД-регулятор (интегральный коэффициент усиления равен нулю) с коэффициентом пропорционального усиления равным 2, коэффициентом дифференциального усиления равным 1 и коэффициентом фильтрации равным 100.
4
Переключим Switch (поменяем значение блока const на 1), чтобы управлять уровнем воды с помощью ПИД-регулятора, запустим моделирование системы. Полученные показания блоков Scope представлены на рис. 7 – 9.
Рис. 7 – Объем воды, вытекающей из бака (показания Scope4)
Из рис. 7 видно, что изменение объема воды, вытекающей из бака, представляет собой сходящийся переходной процесс, повторяющийся с некоторым периодом.
Рис. 8 – Уровень воды в баке (Показания Comparison)
Из рис. 7 – 8 видно, что при увеличении уровня воды в баке объем воды, вытекающей из бака, увеличивается, а при уменьшении уровня воды в баке объем воды, вытекающей из бака, уменьшается.
Из рис. 8 видно, что изменение уровня воды в баке представляет собой сходящийся переходной процесс, повторяющийся с некоторым периодом. Причем процесс сходится к значениям уровня 0,5 м и 1,5 м (в зависимости от полупериода).
5