Розробка, дослідження системи керування на основі нейронної мережі

Міністерство освіти і науки України

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

«ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

Факультет XXX Кафедра «Обчислювальна техніка та програмування»

Спеціальність 8.091502 «Системне програмування»

ЗАТВЕРДЖУЮ

Завідувач кафедри ОТП

___________/Xxxxx Ф.А./

«_____» ____________2009р.

ДИПЛОМНА РОБОТА

освітньо-кваліфікаційного рівня магістр

Тема роботи «Розробка, дослідження системи керування на основі нейронної мережі»

затверджена наказом по НТУ «ХПІ» від “ 21 ” жовтня 2009 г. № 2725-III

Шифр роботи XXX23.2725-ІІІ.

Виконавець

Керівник

Харків 2009

РЕФЕРАТ

Звіт з дипломної роботи: 141с., 45 рис., 19 табл., 61 джерело.

Об’єкт дослідження – система керування на основі нейронної мережі.

Мета роботи – розробка та моделювання роботи системи керування на основі нейронної мережі, що відповідає сучасним вимогам до систем керування нелінійними об’єктами..

Система керування є важливою частиною електроприводу асинхронного тягового двигуна дизель-потягу. Запропонована структура системи керування на основі нейронної мережі дозволяє вирішити ряд задач оптимізації функціонування електроприводу, які складно вирішити за допомогою застосування інших систем керування.

У роботі проведене моделювання досліджуваних об’єктів засобами пакету Matlab, приведені результати дозволяють оцінити як основні параметри та характеристики системи керування, так і роботу даного об’єкту в цілому, зробити висновки про доцільність використання запропонованої архітектури.

У даному напрямку потребуються подальші дослідження з метою оптимізації функціонування.

Ключові слова: тяговий асинхронний двигун, система керування, система автоматичного регулювання, регулятор, модель, нейрорегулятор, перерегулювання, моделювання.

ПЕРЕЛІК ПОЗНАЧЕНЬ ТА СКОРОЧЕНЬ

П – регулятор – пропорційний регулятор

ПІ- регулятор – пропорційно-інтегральний регулятор

ПІД-регулятор – пропорційно-інтегрально-диференційний регулятор

САК – система автоматичного керування

САР – система автоматичного регулювання

СГ – синхронний генератор

СК – система керування

ТАД – тяговий асинхронний двигун

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ХПІ»

Факультет XXX Кафедра «Обчислювальна техніка та програмування»

Спеціальність 8.091502 «Системне програмування»

ЗАТВЕРДЖУЮ

Завідувач кафедри ОТП

___________/Xxxxx Ф.А./

«_____» ____________2009р.

ЗАВДАННЯ

на виконання дипломної роботи

освітньо-кваліфікаційного рівня магістр

студентці

1 Тема роботи «Розробка, дослідження системи керування на основі нейронної мережі»

2 Зміст завдання Аналіз методів та критеріїв якості; розробка моделей об’єкта керування в середовищі Matlab; розробка системи керування електроприводу з використанням методів нечіткої логіки та нейроконтролерів; розробка регуляторів системи керування з використанням нейронних мереж. Дослідження систем керування.

3 Вихідні дані для виконання роботи Структурна схема електропередачі дизель-потяга; математичні моделі електроприводу та системи регулювання; параметри регуляторів системи керування; пакет моделювання «Matlab»;_величина перерегулювання не більше 25%, час перерегулювання – не більше 20с; число перерегулювань - 4.

4 Скласти звіт і виконати необхідні документи (конструкторські, технологічні, програмні, плакати) відповідно до плану виконання дипломної роботи.

План виконання дипломної роботи

Керівник роботи ________________ М.Й.Xxxxx

Студент-дипломник _________________ Д.О.Xxxxx

«___» ______________ 2009 р.

АНОТАЦІЯ

У роботі розглянуто питання побудови систем керування електроприводом дизель-потягу, проведений огляд літератури на задану тематику та аналіз існуючих підходів до розв’язання найпоширеніших задач у даній галузі. Розглянуті як стандартні системи, так і альтернативні варіанти з використанням новітніх технологій, таких як нечітка логіка та нейронні мережі. Побудовані математичні моделі та структурні схеми досліджуваних об’єктів, проведене моделювання їхнього функціонування, проаналізовані отримані характеристики та оцінена робота об’єктів в цілому. Дослідження і моделювання проведене засобами пакету Matlab.

АННОТАЦИЯ

В работе рассмотрены вопросы построения систем управления электроприводом дизель-поезда, проведен обзор литературы на заданную тематику и анализ существующих подходов к решению самых распространенных задач данной отрасли. Рассмотрены как стандартные системы, так и альтернативные варианты с использованием новейших технологий, таких как нечеткая логика и нейронные сети. Построены математические модели и структурные схемы исследуемых объектов, проведено моделирование их функционирования, проанализированы полученные характеристики и оценена работа объектов в целом. Исследование и моделирование проведено средствами пакета Matlab.

ANNOTATION

In this work the questions of building management systems of diesel-train drive are considered, review of literature to givenned themes and analysis existing approaches to decision of most wide-spread problems given to branches are organized. They are considered both standards systems, and alternative variants with use the most latest technologies, such as illegible logic and neuronetworks. They are built mathematical models and structured schemes of under investigation objects, modeling of their operation is organized, got features are analysed and working the objects as a whole is evaluated. The study and modeling is organized the facilities of package Matlab.

ЗМІСТ

Перелік позначень і скорочень

Вступ

1. Аналіз методів розробки систем керування електроприводом дизель-потягу

1.1 Дизель-потяг з тяговим електроприводом змінного струму як об’єкт керування.

1.2 Аналіз методів та критеріїв якості, що використовуються для розробки систем керування об’єктами залізничного транспорту

2. Розробка моделі системи керування електропередачі дизель-потягу

2.1 Моделювання тягових двигунів дизель-потягу

2.2 Моделювання пристроїв САК об’єкта керування.

2.3 Розробка моделі блоку «синхронний генератор-випрямлювач» електропередачі дизель-потягу з використанням нейронних мереж

3. Розробка системи керування за допомогою методів нечіткої логіки та нейронних мереж для оптимізації динамічних процесів електропривода

3.1 Розробка системи керування електроприводом змінного струму з використанням методів нечіткої логіки та нейроконтролерів

3.2 Вибір функцій приналежності нечітких змінних при розробці нечіткого регулятора на основі нейроконтролера в системі керування електроприводом змінного струму

3.3 Розробка регуляторів системи керування електропередачі дизель-потяга з використанням нейронних мереж

3.4 Розробка системи керування дизель-потяга на основі нейромережевих технологій

4. Дослідження систем керування дизель-потяга

4.1 Дослідження регуляторів системи керування, розроблених на основі використання принципу регулювання за помилкою та ПІД закону керування

4.2 Дослідження регуляторів системи керування, розроблених на основі використання методів нечіткої логіки і нейромережевих технологій

5. Економічна оцінка й обґрунтування

5.1. Опис розробленого продукту

5.2 Оцінка ринку збуту

5.3 Конкуренція

5.4 Стратегія маркетингу

5.5 Оцінка ризику та страхування

5.6 Фінансовий план

6. Охорона праці та навколишнього середовища

6.1 Загальні питання

6.1.1 Загальні питання охорони праці

6.1.2 Загальна характеристика виробничого приміщення

6.1.3 Загальна характеристика трудового процесу

6.1.4 Загальна характеристика використовуваного виробничого електроустаткування

6.1.5 Аналіз небезпечних і шкідливих факторів

6.2 Виробнича санітарія

6.2.1 Параметри мікроклімату

6.2.2 Освітлення

6.2.2.1 Природне освітлення

6.2.2.2 Штучне освітлення

6.2.3 Випромінювання від екрана

6.3 Техніка безпеки

6.3.1 Електробезпека

6.3.1.1 Конструктивні міри електробезпеки

6.3.1.2 Схемно-конструктивні міри електробезпеки

6.3.1.3 Схема занулення та призначення елементів занулення

6.3.1.4. Експлуатаційні міри електробезпеки

6.3.2 Ергономічні вимоги до робочого місця

6.4 Пожежна безпека

6.5 Охорона навколишнього середовища

7. Цивільна оборона

Висновки

Перелік використовуваної літератури

ВСТУП

Одним зі стратегічних напрямків державної політики України в області розвитку сучасних видів транспорту є наступне:

-  забезпечення задоволення потреб населення України у міських перевезеннях, у перевезеннях на дальні відстані та приміському сполученні;

-  залучення до виготовлення сучасних видів рухомого складу вітчизняних виробників, у тому числі науково-технічного та виробничого потенціалу нашої країни;

-  створення конкурентно-спроможного рухомого складу, що забезпечить зменшення імпортної залежності України від поставок рухомого складу з країн СНД та Західної Європи. На це вказують ряд Постанов Кабінету міністрів України, розроблено ряд Державних програм, проведена ланка нарад та постанов на рівні керівників підприємств, що займаються створенням сучасних видів рухомого складу. Зокрема, Державною програмою «Розвиток рельсового рухомого складу соціального призначення для залізничного транспорту та міського господарства», що введена у дію Постановою Кабінету Міністрів України №769 від 2 червня 1998р., передбачено на основі використання потужного науково-технічного та виробничого потенціалу України виготовлення сучасних конкурентно-спроможних магістральних вантажних та пасажирських локомотивів, дизель- та електропотягів.

Створення сучасного конкурентно-спроможного рухомого складу немислиме без створення електропередачі з тяговими електроприводами змінного струму та систем керування, що забезпечують функціонування тягових одиниць рухомого складу та його складових компонент оптимальним чином. Електрична передача є однією з важливіших частин дизель-потягу, від подальшого вдосконалення якої в багатьом залежить економічність його функціонування. Застосування безколекторних машин(у даному випадку трифазних асинхронних двигунів) пов’язані в першу чергу з підвищенням потужності тягового рухомого складу. З ростом потужності колекторних електродвигунів та генераторів при їхніх обмежених габаритах знижується надійність роботи колекторно-щіточного вузла, підвищуються експлуатаційні витрати, збільшується трудомісткість роботи по їхньому ремонту та обслуговуванню. Порівняльних аналіз електропередач для тягових одиниць рухомого складу показав, що при однаковій потужності тягового агрегату, частоті крутіння ротора двигуна та ряді інших параметрів, електрична передача з тяговими асинхронними двигунами має кращі техніко-економічно показники порівняно з електропередачею з двигунами постійного струму. Визначальну роль у творенні електропередач з електроприводом змінного струму належить системам керування та в тому числі синтезу законів керування з використанням сучасних методів та засобів, до яких відносяться методи оптимізації, синтезу та дослідження складних технічних систем, до яких можна віднести також енергетичну систему даних об’єктів.

Для рішення подібного роду задач зазвичай використовується математичне моделювання, сучасні методи теорії автоматичного керування та оптимізації, прогресивні інформаційні технології, технічні засоби реалізації на базі мікропроцесорної техніки компонент систем автоматичного регулювання.

Проблемам математичного моделювання та оптимізації за допомогою засобів обчислювальної техніки об’єктів рухомого складу, зокрема дизель-потягів, присвячено значне число публікації як у країнах дальнього зарубіжжя, так і в СНД та Україні. Але ряд питань, що стосуються синтезу систем керування для складних об’єктів, до яких відноситься електропривод дизель-потягу з асинхронними тяговими двигунами, потребує подальної розробки та досліджень. Особливо це стосується питань, що пов’язані з розробкою раціональних математичних моделей та методів оптимізації, орієнтованих на застосування засобів обчислювальної техніки та прикладного програмного забезпечення. До того ж, наряду з традиційними методами моделювання та оптимізації, які не завжди володіють необхідною гнучкістю при рішенні конкретних практичних задач з їхніми різноманітними обмеженнями, доцільно використовувати нові перспективні методи та технології на основі штучних нейронних мереж.

Метою роботи магістра є розробка нелінійних математичних моделей систем електропередачі дизель-потягу з асинхронними тяговими двигунами, засобів їхньої реалізації з використанням сучасних засобів обчислювальної техніки та прикладного програмного забезпечення, уточнення структури та параметрів САР окремих енергетичних систем об’єкта керування згідно заданого критерію якості з використанням сучасних технологій на основі методів нечіткої логіки та нейромереж, дослідження об’єкта керування.

Похожие работы

Системи підтримки прийняття рішень в економіці

Скачать

76071

1

6

... інші території. На додаток до цього моделі прогнозування в СППР та основані на реальних знаннях системи часто використовуються як настільні, розраховані на одного користувача системи. Системи підтримки прийняття рішень набули широкого застосування в економіках передових країн світу, причому їхня кількість постійно зростає. На рівні стратегічного управління використовується ряд СППР, зокрема для ...

Прогнозування розвитку динаміки України як господарської системи

Скачать

57417

2

12

... періоді. Цей прогноз після Кабінету Міністрів України його головних показників є орієнтиром для підготовки пропозицій про визначення економічної політики на середньостроковий період. 3. ПРОГНОЗУВАННЯ РОЗВИТКУ ДИНАМІКИ УКРАЇНИ ЯК ГОСПОДАРСЬКОЇ СИСТЕМИ Порядок виконання роботи: а) Введення вихідних даних і одержання похідних рядів. Ввів в таблицю часові ряди, що відповідають вихідним даним ...

Дослідження надійності твердосплавних пластин для токарних різців з надтвердих матеріалів

Скачать

33705

0

0

... різця й шорсткості обробленої поверхні; - розробити методику оцінки й визначити ймовірність руйнування різців, які оснащені круглими алмазно-твердосплавними пластинами. Об'єкт досліджень – процес чистового та напівчистового точіння силумінів різцями, які оснащені АТП. Предмет досліджень – надійність інструментів з алмазних композиційних НТМ на прикладі АТП, реєстрація та аналіз сигналів АЕ. ...

Інформаційна система "Облік мобільних терміналів"

Скачать

67019

4

10

... , хоча воно й може змінюватися при зміні інформації, що зберігається в базі даних. 2.4 Опис програми, форм, звітів Файлом, що запускає інформаційну систему «Облік мобільних терміналів» є здійсненний файл PR.EXE. Розглянемо дії користувача при роботі з системою. Оператор системи обліку і аналізу розрахунків з постачальниками (менеджер) запускає програму на виконання (виконувальний файл PR.exe ...