УДК 681.5:004.4

К ВОПРОСУ О ПРОЕКТИРОВАНИИ И РАЗРАБОТКЕ МНОГОМЕРНЫХ ИНТЕРВАЛЬНО-ЛОГИЧЕСКИХ РЕГУЛЯТОРОВ

Антипин Андрей Федорович
Стерлитамакский филиал Башкирского государственного университета
кандидат технических наук, доцент кафедры прикладной информатики и программирования

Аннотация
В статье рассматриваются вопросы, связанные с проектированием и разработкой многомерных интервально-логических регуляторов. Приведены их базовые отличия от нечетких регуляторов. Показаны возможности системы для их автоматизированной разработки.

Ключевые слова: многомерный интервально-логический регулятор, нечеткий регулятор, проектирование, редактор продукционных правил, система автоматизированной разработки


TO THE QUESTION ABOUT THE DESIGN AND DEVELOPMENT OF MULTIDIMENSIONAL INTERVAL-LOGIC REGULATORS

Antipin Andrey Fedorovich
Sterlitamak branch of the Bashkir state University
candidate of technical sciences, associate Professor of the Department of applied informatics and programming

Abstract
The article discusses the questions of the development and design of multidimensional interval-logic regulators. Gives their basic differences from the fuzzy controllers. Shows the capabilities of the system for their automated development.

Keywords: a multidimensional interval-logic regulator, computer-aided design system, design, editor of condition-action rules, fuzzy controller


Библиографическая ссылка на статью:
Антипин А.Ф. К вопросу о проектировании и разработке многомерных интервально-логических регуляторов // Современная техника и технологии. 2015. № 6 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2015/06/6664 (дата обращения: 02.10.2017).

Анализ современных систем проектирования автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) и инструментальных комплексов для программирования промышленных и ПК-основанных логических контроллеров и устройств интеллектуального управления [1], таких как TRACE MODE, SIMATIC STEP 7, Twido Soft, показал, что для полноценной программной реализации структуры и алгоритмов работы многомерных нечетких интервально-логических регуляторов (МИЛР) с переменными в виде совокупности аргументов двузначной логики следует разработать специальное программное обеспечение.

Необходимость создания систем для автоматизированного проектирования и/или разработки МИЛР возникает вследствие высокой сложности программной реализации системы продукционных правил (СПП), которая напрямую зависит от количества термов, используемых для представления переменных [2].

МИЛР являются альтернативной ступенью развития нечетких регуляторов в плане повышения быстродействия систем автоматического регулирования на их основе, расширения области применения и снижения взаимного влияния контуров регулирования.

Отличительной особенностью структуры МИЛР является отсутствие в ней элементов обработки продукционных правил. Так, в каждом цикле работы МИЛР в процессе сканирования значений непрерывных величин формируется ID-номер, или ключ, продукционного правила, используемый для определения комбинации значений управляющих воздействий в текущий момент t. Комбинации значений управляющих воздействий МИЛР хранятся в массиве или базе данных (зависит от технических характеристик используемых устройств автоматизации).

На рисунке 1 приведена блок-схема МИЛР с n входными параметрами X, k и m выходными параметрами Z и Y, где И1, …, Иn – интервализаторы, а Д1(Z), …, Дk(Z) и Д1(Y), …, Дm(Y) – деинтервализаторы МИЛР; Nmin, Nтек и Nmax – минимальный, текущий и максимальный ID-номер продукционного правила в массиве значений управляющих воздействий в блоке логического вывода (БЛВ) с регулирующей и компенсационной СПП (РСПП и КСПП соответственно); # – элемент ID-номера продукционного правила БЛВ, формируемого из номеров термов T(X1), …, T(Xn) и T(Z1), …, T (Zk).


Рисунок 1 – Блок-схема МИЛР с минимизированным временем отклика

В МИЛР, в связи со спецификой работы, взамен стандартных для нечетких регуляторов (НР) понятий “фаззификации” и “дефаззификации”, введены понятия “интервализации” и “деинтервализации”, определенные ниже [3].

Интервализация представляет собой процесс определения принадлежности значения непрерывной величины МИЛР тому или иному интервалу, входящему в диапазон значений данной величины.

Деинтервализация – процесс, обратный интервализации, то есть выделение требуемого значения непрерывной величины из интервала, входящего в диапазон значений данной величины.

Интервализаторы и деинтервализаторы МИЛР представляют собой блоки, реализующие процессы интервализации и деинтервализации соответственно.

ID-номера продукционных правил МИЛР с n входными, k и m выходными параметрами будут расположены в диапазоне от Nmin до Nmax. Правило, ID-номер которого равен 0 предназначено для контроля состояний непрерывных величин и называется “нулевым”, или аварийным, правилом.

На рисунке 2 изображена структурная схема системы автоматизированной разработки МИЛР “САР МИЛР”, разработанной автором (стрелками обозначены внутренние связи между отдельными блоками “САР МИЛР”, каждый из которых является самостоятельным элементом).


Рисунок 2 – Структурная схема системы автоматизированной разработки МИЛР

Редакторы блоков интервализации и деинтервализации предназначены для создания или редактирования параметров интервализаторов и деинтервализаторов непрерывных физических величин МИЛР с целью дальнейшего преобразования их кода в форматы языков программирования международного стандарта IEC 61131-3 [4].

Редактор правил и управляющих воздействий предназначен для создания и редактирования СПП МИЛР и выполняет следующие основные функции:

– создание и/или редактирование СПП МИЛР с учётом логических связей с редакторами интервализаторов и деинтервализаторов;

– интегрирование СПП в структуру МИЛР;

– проверка правильности вводимых с клавиатуры данных;

– преобразование программы МИЛР в форматы языков программирования, описанных в стандарте IEC 61131-3;

– графическое отображение СПП МИЛР.

Для создания СПП в редакторе реализован собственный графический язык программирования, получивший название STEP GRAPH и основанный на системе интервализаторов и деинтервализаторов МИЛР. При создании правила в редактор продукционных правил добавляются отрезки числовых осей всех входных блоков МИЛР, которые поделены на области, или термы, отмеченные красным цветом. В редактор управляющих воздействий при этом будут добавлены отрезки числовых осей всех выходных блоков МИЛР. Логические переменные будут представлены в виде отрезков, разбитых на две области, которые соответствуют состояниям “0″ и “1″ соответственно [5].

Принцип работы со STEP GRAPH базируется на создании продукционных правил путём выделения необходимых областей, или термов, переменных МИЛР [6]. Для этого надо кликнуть мышью по требуемой области отрезка числовой оси, при этом термы будут автоматически окрашены в зелёный цвет.

На рисунке 3 представлен скриншот главного окна “САР МИЛР”.


Рисунок 3 – Скриншот главного окна “САР МИЛР”

Проектирование и разработка МИЛР с использованием программы “САР МИЛР” позволяет снизить затраты времени в плане:

– создания систем интервализаторов/деинтервализаторов МИЛР с нужным числом, характером и порядком распределения термов непрерывных величин;

– создания и редактирования СПП в графическом языке программирования STEP GRAPH;

– проведения семантического анализа структуры МИЛР с целью выявления логических ошибок или отклонений от концепции построения;

– генерации программ МИЛР для промышленных контроллеров в формате языков программирования, описанных в международном стандарте IEC 61131-3.


Библиографический список
  1. Антипин А.Ф. О повышении быстродействия систем интеллектуального управления на базе нечеткой логики // Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. 2013. № 5. С. 22–26.
  2. Антипин А.Ф. Системы управления технологическими процессами на базе многомерных логических регуляторов // Автоматизация и современные технологии. 2014. № 1. С. 12–18.
  3. Антипин А.Ф. Особенности программной реализации многомерных логических регуляторов с переменными в виде совокупности аргументов двузначной логики // Автоматизация и современные технологии. 2014. № 2. С. 30–36.
  4. Антипин А.Ф. Об одном способе анализа структуры многомерного четкого логического регулятора // Прикладная информатика. 2012. № 5. С. 30–36.
  5. Антипин А.Ф. Способ фаззификации значений непрерывных величин с предсказанием термов в многомерном четком логическом регуляторе // Автоматизация в промышленности. 2013. № 9. С. 65–68.
  6. Степашина Е.В., Мустафина Е.А. Численный алгоритм уточнения механизма химической реакции DRGEP-методом // Журнал Средневолжского математического общества. 2011. Т. 12. № 3. С. 122.


Все статьи автора «Антипин Андрей Федорович»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: