5. Содержание отчета

5.1. Цель работы.

5.2. Рабочее задание.

5.3. Функциональная схема системы нечеткого управления приводом постоянного тока.

5.4. Временные диаграммы изменения ошибки рассогласования по скорости, производной по времени от ошибки, напряжения на якоре, противоЭДС и скорости исполнительного двигателя, построенные в соответствии с рабочим заданием.

5.5. Временные диаграммы изменения ошибки рассогласования по скорости, производной по времени от ошибки, напряжения на якоре и скорости двигателя при Ku = 5, 10, 50.

5.6. Временные диаграммы изменения ошибки рассогласования по скорости, напряжения на якоре и скорости двигателя при сигналах задания скорости Uz = 10, 30, 100.

5.7. Анализ результатов и выводы.

6. Контрольные вопросы

6.1. С какой целью создаются системы искусственного интеллекта?

6.2. Какие задачи решаются в робототехнике с помощью искусственного интеллекта?

6.3. Каким образом нечеткая логика позволяет формализовать описание процессов и систем при неполном знании о них?

6.4. Какими уравнениями описываются наиболее распространенные функции принадлежности?

6.5. Привести пример описания зависимости “вход – выход” для объекта с одним входом с помощью пяти функций принадлежности.

6.6. Как формируется запись нечеткого множества?

6.7. Какие логические операции осуществляются над нечеткими множествами?

6.8. Привести пример нечетких отношений.

6.9. В каком порядке выполняется поиск решения в совокупности нечетких множеств?

6.10. Какие операции осуществляются на этапе логических выводов?

6.11. Как осуществляется поиск решения в соответствии с алгоритмом Мамдани?

6.12. В каком порядке выполняется поиск решения на основе алгоритма Сугэно?

6.13. Какие блоки входят в состав функциональной схемы системы нечеткого управления приводом постоянного тока?

6.14. Какие функции выполняют блоки системы нечеткого управления привода постоянного тока?

Лабораторная работа № 2

НЕЧЕТКОЕ УПРАВЛЕНИЕ МАНИПУЛЯТОРОМ

1. Цель работы

Целью работы является изучение математического описания робота с нечеткой системой управления и приобретение практических навыков управления манипулятором с угловой системой координат с помощью нечетких регуляторов.

2. Теоретические сведения

2.1. Математическое описание робота с нечеткой системой управления

Разработка средств и методов нечеткого управления многозвенными механическими системами представляет теоретический и практический интерес в целях создания нового поколения манипуляционных роботов с развитыми интеллектуальными возможностями [3]. Один из вариантов постановки задачи управления движением манипулятора основан на взаимосвязи между пространственным состоянием манипулятора и относительными положениями его звеньев.

На рис. 7 представлена расчетная схема манипулятора с угловой системой координат. Манипулятор имеет три степени подвижности с длинами l₁, l₂, l₃. Относительные положения звеньев манипулятора характеризуются вектором обобщенных координат q = (q₁, q₂, q₃).

Управляющими параметрами являются величина L_ц и угол _ц вектора целевого положения манипулятора.

Прямая задача кинематики для рассматриваемого манипулятора решается следующим образом:

x

(5)

= l₁ sin q₁ + l₂ sin (q₁+ q₂) + l₃ sin (q₁+ q₂ + q₃),

y = l₁ cos q₁ + l₂ cos (q₁+ q₂) + l₃ cos (q₁+ q₂ + q₃).

Величина вектора L(q) текущего положения манипулятора определяется по теореме Пифагора:

L(q) = . (6)

Направление вектора L(q) относительно оси 0X характеризуется углом , определяемым из уравнения:

 = . (7)

Рассогласование величин векторов целевого и текущего положений манипулятора в конце движения

(8)

где e_L – заданная точность рассогласования величин векторов целевого и текущего положений манипулятора;

Рассогласование углов (направлений) векторов целевого и текущего положений манипулятора в конце движения

где e_j – заданная точность рассогласования направлений векторов целевого и текущего положений манипулятора.

Анализ подвижности трёхстепенного манипулятора, выбранного в качестве исследуемого объекта управления, приводит к следующим выводам.

1. Приращение обобщенной координаты q₁ обусловливает изменение только углового рассогласования  векторов текущего и целевого положений манипулятора;

2. Приращение обобщенных координат q₂ и q₃ обусловливает изменение рассогласований как величин L_ц, L(q), так и направлений _ц, (q) векторов целевого и текущего положений манипулятора;

3. Постановка задачи управления движением манипулятора может быть сведена к минимизации рассогласований величин L и направлений  векторов его текущего и целевого положений путём независимого изменения обобщённых координат q₁ , q₂ и q₃ кинематической цепи.

Реализация интерполятивного правила с помощью инструментария Fuzzy Logic Toolbox пакета MATLAB позволяет исследовать нечеткую систему управления трехзвенным роботом, приведенным на рис. 7. Входными переменными данной системы является рассогласование между координатами целевого положения и текущими координатами. Выходными переменными являются обобщенные координаты робота по каждому звену.

Правила нечеткого управления таковы:

ЕСЛИ  есть положительное, ТО q₁ есть отрицательное;

ЕСЛИ  есть отрицательное, ТО q₁ есть положительное;

ЕСЛИ  есть нулевое, ТО q₁ есть нулевое;

ЕСЛИ L есть положительное, ТО q₂ есть отрицательное;

ЕСЛИ L есть отрицательное, ТО q₂ есть положительное;

ЕСЛИ L есть нулевое, ТО q₂ есть нулевое;

ЕСЛИ L есть положительное, ТО q₃ есть отрицательное;

ЕСЛИ L есть отрицательное, ТО q₃ есть положительное;

ЕСЛИ L есть нулевое, ТО q₃ есть нулевое.