Система двухуровневого управления на основе нечеткой логики

Предложенная система управления предназначена для регулирования объектом, состоящим из взаимосвязанными локальных объектов управления, при изменении связей между ними.

Технический результат достигается за счет того, что в систему двухуровневого управления на основе нечеткой логики, содержащую объект управления, который представлен взаимосвязанными первым локальным объектом управления и вторым локальным объектом управления, блок анализа взаимосвязей, глобальный нечеткий регулятор, первый локальный нечеткий регулятор, второй локальный нечеткий регулятор, первый блок суммирования, второй блок суммирования, при этом вход первого локального нечеткого регулятора соединен с выходом первого локального объекта управления и с сигналом задания для первого локального объекта управления, вход второго локального нечеткого регулятора соединен с выходом второго локального объекта управления и с сигналом задания для второго локального объекта управления, вход первого блока суммирования соединен с выходом первого локального нечеткого регулятора и с выходным сигналом глобального нечеткого регулятора для первого локального объекта управления, вход второго блока суммирования соединен с выходом второго локального нечеткого регулятора и с выходным сигналом глобального нечеткого регулятора для второго локального объекта управления, вход глобального нечеткого регулятора соединен с выходом блока анализа взаимосвязей, вход блока анализа взаимосвязей соединен с выходом первого локального объекта управления и с выходом второго локального объекта управления, вход первого локального объекта управления соединен с выходом второго локального объекта управления и с выходом первого блока суммирования, вход второго локального объекта управления соединен с выходом первого локального объекта управления и с выходом второго блока суммирования, введены локальные нечеткие регуляторы, управляющие каждый своим локальным объектом управления, и глобальный нечеткий регулятор, реализующий корректирующие управления для каждого локального объекта управления с учетом количественных и качественных изменений взаимосвязей между локальными объектами управления.

Полезная модель относиться к системам управления и предназначена для регулирования объектом, состоящим из взаимосвязанными локальных объектов управления, при изменении связей между ними.

Уровень полезной модели известен из способа автоматической конфигурации системы управления процессом и системы управления процессом (патент RU 2005113662/09, опубл. 10.11.2006).

Недостатком известного устройства является то что, устройство управления не осуществляет раздельное регулирование подчиненными устройствами.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является адаптивная система управления (патент RU 2007121876/09, опубл. 20.12.2008).

Недостатком данного устройства является то что, не учитываются внутренние взаимосвязи, которыми может обладать объект управления при реализации регулирования.

Заявляемая полезная модель направлена на повышение качества управления. Технический результат, достигаемый в процессе решения поставленной задачи, заключается в достижении заданных показателей качества при изменении взаимосвязей между локальными объектами управления входящими в объект управления.

Это достигается за счет реализацией глобальным нечетким регулятором управления корректирующего локальные управления, вырабатываемые каждым локальным нечетким регулятором для своего локального объекта управления.

Указанный технический результат достигается системой двухуровневого управления на основе нечеткой логики, изображенной на фиг.1, которая содержит блок анализа взаимосвязей 1, глобальный нечеткий регулятор 2, первый локальный объект управления 3, второй локальный объект управления 4, первый локальный нечеткий регулятор 5, второй локальный нечеткий регулятор 6, первый блок суммирования 7, второй блок суммирования 8, при этом вход первого локального нечеткого регулятора соединен с выходом первого локального объекта управления и с сигналом задания для первого локального объекта управления, вход второго локального нечеткого регулятора соединен с выходом второго локального объекта управления и с сигналом задания для второго локального объекта управления, вход первого блока суммирования соединен с выходом первого локального нечеткого регулятора и с выходным сигналом глобального нечеткого регулятора для первого локального объекта управления, вход второго блока суммирования соединен с выходом второго локального нечеткого регулятора и с выходным сигналом глобального нечеткого регулятора для второго локального объекта управления, вход глобального нечеткого регулятора соединен с выходом блока анализа взаимосвязей, вход блока анализа взаимосвязей соединен с выходом первого локального объекта управления и с выходом второго локального объекта управления, вход первого локального объекта управления соединен с выходом второго локального объекта управления и с выходом первого блока суммирования, вход второго локального объекта управления соединен с выходом первого локального объекта управления и с выходом второго блока суммирования.

На фиг.1 для сигналов введены следующие обозначения:

U1 - сигнал задания для первого локального объекта управления 3

U2 - сигнал задания для второго локального объекта управления 4

Y1 - выходной сигнал первого локального объекта управления 3

Y2 - выходной сигнал второго локального объекта управления 4

F - выходной сигнал блок анализа взаимосвязей 1

XL1 - выходной сигнал первого локального нечеткого регулятора 5

XL2 - выходной сигнал второго локального нечеткого регулятора 6

XG1 - выходной сигнал глобального нечеткого регулятора для первого локального объекта управления 3

XG2 - выходной сигнал глобального нечеткого регулятора для второго локального объекта управления 4

X1 - входной сигнал первого локального объекта управления 3

Х2 - входной сигнал второго локального объекта управления 4

В блоке анализа взаимосвязей 1 происходит вычисление сигнала F, который определяет количественные и качественные характеристики взаимодействия первого локального объекта управления 3 и второго локального объекта управления 4 между собой на основании сигналов Y1 и Y2.

Первый локальный нечеткий регулятор 5 изображен на фиг.2, содержит блок фазификации 9, блок правил логического вывода 10, блок дефазификации 11.

На фиг.2 для сигналов введены следующие обозначения:

DF1 - выходной сигнал блока фазификации 9

LF1 - выходной сигнал блока правил логического вывода 10

Блок фазификации 9 преобразует входные сигналы U1 и Y1 в лингвистические переменные согласно функциям принадлежности, которые он содержит. Данные функции составляет эксперт, который определяет количество функций принадлежности, их форму и численные значения.

Блок правил логического вывода 10 содержит алгоритм композиции и логические выражения, составленные экспертом, на основании которых происходит нечеткий логический вывод и композиция нечетких множеств. В результате происходит преобразование сигнала DF1 в сигнал LF1.

Блок дефазификации 11 выполняет преобразование из нечеткого значения сигнала LF1 к четкому значению выходного сигнала первого локального нечеткого регулятора XL1 согласно методу дефазификации. В качестве метода дефазификации может быть использован любой известный метод дефазификации.

Второй локальный нечеткий регулятор 6 изображен на фиг.3, содержит блок фазификации 12, блок правил логического вывода 13, блок дефазификации 14.

На фиг.3 для сигналов введены следующие обозначения:

DF2 - выходной сигнал блока фазификации 12

LF2 - выходной сигнал блока правил логического вывода 13

Блок фазификации 12 преобразует входные сигналы U2 и Y2 в лингвистические переменные согласно функциям принадлежности, которые он содержит. Данные функции составляет эксперт, который определяет количество функций принадлежности, их форму и численные значения.

Блок правил логического вывода 13 содержит алгоритм композиции и логические выражения, составленные экспертом, на основании которых происходит нечеткий логический вывод и композиция нечетких множеств. В результате происходит преобразование сигнала DF2 в сигнал LF2.

Блок дефазификации 14 выполняет преобразование из нечеткого значения сигнала LF2 к четкому значению выходного сигнала второго локального нечеткого регулятора XL2 согласно методу дефазификации. В качестве метода дефазификации может быть использован любой известный метод дефазификации.

Глобальный нечеткий регулятор 2 изображен на фиг.4, содержит блок фазификации 15, блок правил логического вывода 16, блок дефазификации 17.

На фиг.4 для сигналов введены следующие обозначения:

DF3 - выходной сигнал блока фазификации 15

LF3 - выходной сигнал блока правил логического вывода 16

Блок фазификации 15 преобразует входной сигнал F в лингвистические переменные согласно функциям принадлежности, которые он содержит. Данные функции составляет эксперт, который определяет количество функций принадлежности, их форму и численные значения.

Блок правил логического вывода 16 содержит алгоритм композиции и логические выражения, составленные экспертом, на основании которых происходит нечеткий логический вывод и композиция нечетких множеств. В результате происходит преобразование сигнала DF3 в сигнал LF3.

Блок дефазификации 17 выполняет преобразование из нечеткого значения сигнала LF3 к четкому значению выходных сигналов глобального нечеткого регулятора XG1, XG2 согласно методу дефазификации. В качестве метода дефазификации может быть использован любой известный метод дефазификации.

Качество управления достигается за счет того, что глобальный нечеткий регулятор может быть настроен так, что корректирует выходные сигналы локальных нечетких регуляторов таким образом, что общий критерий качества для всей системы управления выполнялся с заданной степенью точности при изменении взаимосвязей между локальными объектами управления.

Устройство работает следующим образом. Определяется функция блока анализа взаимосвязей и ввод экспертных данных в локальные нечеткие регуляторы и в глобальный нечеткий регулятор. После выполнения настроек и ввода экспертных данных происходит отработка управляющих сигналов U1 и U2 каждым локальным нечетким регулятором.

В процессе работы выполняется анализ выходных сигналов локальных объектов управления блоком анализа взаимосвязей, в результате чего формируется выходной сигнал глобального нечеткого регулятора, который корректирует выходные сигналы локальных нечетких регуляторов. Работа продолжается до тех пор, пока не будет полностью отработаны заданные управления U1 и U2.

Предложенное устройство может быть реализовано программно-аппаратным способом на основе промышленной базы.

Система двухуровневого управления на основе нечеткой логики, содержащая объект управления, отличающаяся тем, что объект управления представлен взаимосвязанными первым локальным объектом управления и вторым локальным объектом управления и дополнительно содержит блок анализа взаимосвязей, глобальный нечеткий регулятор, первый локальный нечеткий регулятор, второй локальный нечеткий регулятор, первый блок суммирования, второй блок суммирования, при этом вход первого локального нечеткого регулятора соединен с выходом первого локального объекта управления и с сигналом задания для первого локального объекта управления, вход второго локального нечеткого регулятора соединен с выходом второго локального объекта управления и с сигналом задания для второго локального объекта управления, вход первого блока суммирования соединен с выходом первого локального нечеткого регулятора и с выходным сигналом глобального нечеткого регулятора для первого локального объекта управления, вход второго блока суммирования соединен с выходом второго локального нечеткого регулятора и с выходным сигналом глобального нечеткого регулятора для второго локального объекта управления, вход глобального нечеткого регулятора соединен с выходом блока анализа взаимосвязей, вход блока анализа взаимосвязей соединен с выходом первого локального объекта управления и с выходом второго локального объекта управления, вход первого локального объекта управления соединен с выходом второго локального объекта управления и с выходом первого блока суммирования, вход второго локального объекта управления соединен с выходом первого локального объекта управления и с выходом второго блока суммирования.