Temat: Projektowanie sterownika rozmytego. Instrukcja do ćwiczeń przedmiotu INŻYNIERIA WIEDZY I SYSTEMY EKSPERTOWE

Transkrypt

1 Temat: Projektowanie sterownika rozmytego Instrukcja do ćwiczeń przedmiotu INŻYNIERIA WIEDZY I SYSTEMY EKSPERTOWE Dr inż. Barbara Mrzygłód KISiM, WIMiIP, AGH mrzyglod@ agh.edu.pl

2 1 Wprowadzenie System rozmyty użyty jako sterownik/regulator nazywamy sterownikiem/regulatorem rozmytym. Sterowanie rozmyte można sklasyfikować jako: nieadaptacyjne sterowanie rozmyte struktura i parametry sterownika rozmytego ustalone w procesie projektowania pozostają niezmienione podczas jego działania (w czasie rzeczywistym); adaptacyjne sterowanie rozmyte struktura i/lub parametry podlegają zmianom podczas działania sterownika w czasie rzeczywistym. Sterowanie nieadaptacyjne jest prostsze niż sterowania adaptacyjne, ale wymaga większej wiedzy o sterowanym obiekcie (o jego modelu) i może dawać gorsze wskaźniki działania 2 Sterowanie rozmyte a sterowanie klasyczne różnice Sterowaniem klasyczne bazuje na modelach analitycznych (równania algebraiczne, różniczkowe) i sterowniki są budowane dla tych modeli; sterowanie rozmyte bazuje na heurystyce (umiejętność odkrywania nowych faktów i związków pomiędzy nimi) i ludzkim doświadczeniu wyrażonych w lingwistycznych regułach jeżeli-to a sterowniki są budowane poprzez syntezę tych reguł różna jest forma informacji na której bazuje projektowanie sterowników. Zaawansowane sterowniki rozmyte mogą wykorzystywać zarówno modele heurystyczne jak i analityczne 3 Klasyfikacja metodologii projektowania sterowników rozmytych: Podejście prób i błędów zbiór reguł jeżeli-to tworzony przez werbalizację wiedzy opartej na doświadczeniu (np. podręcznik eksploatacji) lub drogą wywiadu z ekspertem dziedzinowym w oparciu o starannie przygotowany kwestionariusz; sterownik rozmyty skonstruowany z reguł jeżeli-to testowany (symulacyjne, na rzeczywistym obiekcie) wynik testów negatywny powrót do tworzenia zbioru reguł w celu jego udoskonalania Krok 1: Przeprowadź analizę sterowanego systemu i wybierz zmienne, którymi będzie charakteryzowany stan obiektu (wejścia sterownika) i zmienne sterujące (wyjścia sterownika); określ dziedziny rozważań dla wybranych zmiennych Krok 2: Zbuduj bazę reguł rozmytych jeżeli-to określającą relację pomiędzy zmiennymi charakteryzującymi stan obiektu a zmiennymi sterującymi Krok 3: Wkomponuj utworzoną bazę reguł rozmytych w budowany system sterownika rozmytego Krok 4: Przeprowadź testy zamkniętego układu sterowania i jeżeli wynik testu jest niezadowalający powróć do Kroku 1

3 Podejście bazujące na teorii sterowania struktura i parametry sterownika rozmytego są projektowane tak, aby spełnione były pewne kryteria dobrego działania, np. stabilność 4 Przyjmowane domyślnie założenia przy projektowaniu systemu sterowania rozmytego Obiekt jest obserwowalny i sterowalny: stan, wejście i wyjście są dostępne dla obserwacji, pomiarów lub obliczeń; Istnieje wiedza o obiekcie wyrażona w postaci reguł lingwistycznych, inżynierskiego doświadczenia, intuicji lub danych z obserwacji (pomiarów) wejścia wyjścia z których można wyprowadzić reguły jeżeli-to Istnieje rozwiązanie problemu sterowania rozważanym obiektem Inżynier sterowania (automatyk) poszukuje sterowania wystarczająco dobrego, niekoniecznie najlepszego Sterownik powinien być zaprojektowany tak, aby zapewnić akceptowalną jakość sterowania Problemy stabilności i optymalności nie są rozważane wprost 5 Zwykle wymagane cechy poprawnie zbudowanej bazy reguł Kompletność. Zbiór reguł JEŻELI-TO jest kompletny (zupełny), jeżeli dla każdego elementu przestrzeni rozważań istnieje co najmniej jedna reguła w bazie taka, że w jej przesłance istnieje zbiór rozmyty do którego stopień przynależności tego elementu jest różny od zera (większy od zera) Spójność. Zbiór reguł JEŻELI-TO jest spójny, jeżeli nie istnieją w nim reguły z taką samą częścią JEŻELI lecz różnymi częściami TO 6 Zaprojektuj Proszę wybrać i opracować jeden z zaproponowanych układów sterowania. W sprawozdaniu do dzisiejszego laboratorium (docx) należy przedstawić proces jego projektowania oraz dokonać jego analizy. ocenić na ile przyjęta pierwotnie strategia (przyjęte operatory, metoda wyostrzania) sterowania okazała się skuteczna skomentować uzyskane wyniki, dążyć do uzyskania możliwie najlepszej jakości sterowania korygując reguły sterowania oraz funkcje przynależności zbiorów rozmytych w poszczególnych zmiennych lingwistycznych sformułować uwagi nt. wpływu poszczególnych czynników na skuteczność działania regulatora; przedstawić i skomentować powierzchnie odpowiedzi regulatora rozmytego. 6.1 Sterownik rozmyty który będzie sterował klimatyzacją w pomieszczeniu Zamodelowanie i przetestowanie prostego sterownika rozmytego, który będzie sterował klimatyzacją w pomieszczeniu (moc klimatyzatora) na podstawie pomiarów parametrów: temperatury powietrza w pomieszczeniu, temperatury powietrza na zewnątrz pomieszczenia,

4 a. Utworzyć graficzne reprezentacje trzech zmiennych lingwistycznych b. Zapis reguł rozmytych, wg tabeli

5 c. Analiza scenariuszy wnioskowania ze względu na różne sygnały wejściowe oraz różne metody defuzyfikacji. d. Przetestować inne warianty 6.2 Sterownik rozmyty do automatyzacji podlewania ogrodu w lecie Zaprojektować sterownik rozmyty do automatyzacji podlewania ogrodu w lecie. Chodzi tu o to, by intensywność podlewania była odpowiednia w stosunku do stopnia wilgotności i temperatury powietrza. Jest to system bez sprzężenia zwrotnego.

6 Zbiór termów odpowiadający zmiennej lingwistycznej intensywność podlewania jego realizacja następuje poprzez określenie stałych wartości (const) dla poszczególnych konkluzji, tj: zero = 0% Mała = 25% Średnia = 50% Duża = 75% Max=100%. W zależności od wskazań czujnika temperatury i wilgotności powietrza sterownik wysyła sygnał wyjściowy, który reguluje zawór wodny ustalając intensywność podlewania, zgodnie z opracowanymi przez eksperta regułami rozmytymi (uwzględniając rodzaj gleby, uprawy itp.). 6.3 Tempomat Projekt systemu do automatycznego sterowania przepustnicą, w silniku spalinowym, aby pełnił zadanie tempomatu. Przepustnica w zależności od prędkości pojazdu i jego wagi posiada różny stopień przepustowości paliwa do silnika. Układ monitoruje prędkość pojazdu i

7 tak steruje ilością paliwa aby zadana prędkość była utrzymana. Istotna jest również waga pojazdu gdyż wpływa ona również na ilość potrzebnego paliwa. 6.4 Inny własna propozycja 7 Zakończenie pracy Po zakończonej pracy wysyłają Państwo na wskazany adres dwa pliki: projekt fis; raport docx/pdf (w raporcie można wprowadzić screeny z matlaba).