Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Министерство образования и науки Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Аэрокосмический институт
Кафедра систем автоматизации производства
Методические указания
к лабораторному практикуму
Оренбург 2008
Содержание
1 Лабораторная работа № 1 Комбинационные дискретные агенты с одним исполнительным элементом..….4
1.1 Цель работы
1.2 Общие теоретические сведения
1.2.1 Принципиальная электрическая схема типовой СДУ
1.2.2 Схема алгоритма типовой СДУ
1.2.3 Таблица режимов работы типовой СДУ
1.2.4 Схема модели типовой СДУ в интегрированной среде VisSim
1.3 Задания для самостоятельного выполнения
2 Лабораторная работа № 2Комбинационные дискретные агенты с двумя исполнительными элементами..11
2.1 Цель работы
2.2 Общие теоретические сведения
2.2.1 Принципиальная электрическая схема реверсивной СДУ
2.2.2 Таблица режимов работы реверсивной СДУ
2.2.3 Схема модели реверсивной СДУ в интегрированной среде VisSim
2.2.4 Схема алгоритма реверсивной СДУ
2.3 Задания для самостоятельного выполнения
3 Лабораторная работа № 3Комбинационные дискретные агенты с многими исполнительными элементами…………………………………………………………………………16
3.1 Цель работы
3.2 Общие теоретические сведения
3.2.1 Принципиальная электрическая схема СДУ ПТЛ
3.2.2 Схема алгоритма СДУ ПТЛ
3.2.3 Таблица режимов работы СДУ ПТЛ
3.3 Задания для самостоятельного выполнения
4 Лабораторная работа № 4Автоматизированный синтез комбинационных дискретных агентов………….22
4.1 Цель работы
4.2 Общие теоретические сведения
4.2.1 Таблица истинности КДА
4.2.2 Принципиальная электрическая схема КДА
4.2.3 Схема модели КДА в интегрированной среде VisSim
4.3 Задания для самостоятельного выполнения
5 Лабораторная работа № 5Графовые модели и последовательные дискретные агенты ……………………27
5.1 Цель работы
5.2 Общие теоретические сведения
5.2.1 Графовая модель ПДА
5.2.2 Схема модели ПДА в интегрированной среде VisSim
5.3 Задания для самостоятельного выполнения
6 Лабораторная работа № 6Автоматизированный синтез последовательных дискретных агентов с малым объемом памяти ……………………..……………………………………………..31
6.1 Цель работы
6.2 Общие теоретические сведения
6.2.1 Принципиальная электрическая схема системы управления насосом
6.2.2 Схемы алгоритмов работы системы управления насосом
6.3 Задания для самостоятельного выполнения
7 Лабораторная работа № 7Моделирование надежности автоматизированных систем с параллельно последовательными и мостиковыми структурами…………………..…….…….37
7.1 Цель работы
7.2 Общие теоретические сведения
7.3 Задания для самостоятельного выполнения
8 Лабораторная работа № 8Комбинационные аналоговые агенты: анализ и моделирование статического режима ……………………………………………………………….……….…….42
8.1 Цель работы
8.2 Общие теоретические сведения
8.3 Задания для самостоятельного выполнения
9 Лабораторная работа № 9Автоматизированное решение интеллектуальных задач…...…….……….…….47
9.1 Цель работы
9.2 Общие теоретические сведения
9.3 Задания для самостоятельного выполнения
Список рекомендуемой литературы………………………………………………50
Предметный указатель……………………………………………………………..51
Лабораторная работа № 1
Комбинационные дискретные агенты с одним исполнительным элементом
1.1 Цель работы
Изучить структуру и блоки VisSim, научиться составлять модели и моделировать простейшие комбинационные агенты на основе систем дистанционного управления (СДУ) с одним исполнительным элементом.
Задачи:
1) Изучить принцип действия и режимы работы СДУ с одним исполнительным элементом;
2) Разработать различные формы моделей для моделирования СДУ с одним исполнительным элементом;
3) На основе программной модели выяснить выполнение всех функций в различных режимах работы исследуемой СДУ.
1.2 Общие теоретические сведения
Агентом называем некую субстанцию, обладающую искусственным интеллектом. По типу сигналов агенты подразделяют на аналоговые и дискретные, в первом типе сигналы непрерывные, а во втором – дискретные. Если комбинация выходных сигналов агента определяется только комбинацией входных, то такие агенты называют комбинационными. А если комбинация выходных сигналов агента определяется как комбинацией входных, так и последовательностью предыдущих состояний, то такие агенты называют последовательными.
В отраслевой автоматизации большое распространение получили системы дистанционного управления. СДУ выполняют следующие основные функции:
- пуск и останов электроприводов;
- реверсирование частоты вращения;
- защиту от токовых перегрузок;
- различные блокировки от ошибочных действий персонала;
- обеспечение заданной последовательности и продолжительности технологических операций;
- сигнализацию и др.
В любой СДУ имеются две основные электрические цепи:
- цепь главного тока или силовая;
- цепь вспомогательного тока или цепь управления.
Дополнительно системы оснащаются цепями блокирующих связей, сигнализации, автоматического контроля и регулирования.
Смысл дистанционного управления: воздействие оператора посредством соответствующих кнопок на длинную (до 100-150 м) слаботочную цепь приводит в движение электропривод различных технологических объектов, включенный в короткую силовую цепь главного тока. СДУ построены на основе электромагнитных аппаратов: реле, контакторов, магнитных пускателей, аппаратов ручного действия - кнопок управления: "Пуск", "Стоп", "Вперед", "Назад" и др.
Особенностью СДУ является то, что токи, протекающие по силовой цепи и зависящие от типа и назначения привода, значительны по величине, а токи, протекающие по цепи управления, в тысячу и более раз меньше (десятки и сотни мА).
Поскольку СДУ чаще реализуют на электрических элементах автоматики, то рассмотрим принципиальную электрическую схему, представленную на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 – Принципиальная электрическая схема типовой СДУ
Перечень элементов, входящих в принципиальную электрическую схему типовой СДУ представлен в таблице 1.1.
Таблица 1.1 – Элементы типовой СДУ
|
Цепь |
Обозначение |
Название |
|
Силовая |
А, В, С, 0 |
Фазы 4-х проводной промышленной сети переменного тока |
|
QF1 |
Автоматический выключатель |
|
|
KM1.1 |
Силовые контакты магнитного пускателя |
|
|
КК |
Биметаллические пластины теплового реле |
|
|
М1 |
3-х фазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором |
|
|
РМ |
Рабочая машина |
|
|
Управления |
FU1 |
Предохранитель |
|
SB1.1 |
Кнопка управления «Стоп» |
|
|
SB1.2 |
Кнопка управления «Пуск» |
|
|
КМ1 |
Катушка магнитного пускателя |
|
|
КМ1.2 |
Контакт магнитного пускателя |
|
|
HL1 |
Сигнальная лампа |
|
|
КК1.1 |
Размыкающий контакт теплового реле |
СДУ работает следующим образом. Для приведения системы в исходное состояние необходимо включить автоматический выключатель QF1. После чего напряжение появляется в цепи главного и вспомогательного тока, но электрический ток в них не протекает, т.к. они разомкнуты.
Режим пуска СДУ наступает в момент нажатия кнопки SB1.2. Тогда ток начинает протекать в цепи управления по следующему пути: фаза С- QF1 - FU1 – SB1.1 - SB..2 – KM1 - KK1 - QF1 - нулевой провод (0). КМ1 срабатывает, все замыкающие контакты его замкнутся и М1 подключится к сети. В режиме длительной работы SB1.2 отключена, но ток по-прежнему протекает в цепи управления, но только по замкнувшемуся контакту КМ1.2. В этом режиме СДУ работает все время, требующееся по технологическим требованиям. Режим "Остановки" в произвольный момент времени реализуется нажатием кнопки SB1.1, соответствующий контакт размыкает цепь управления, КМ отключается и электродвигатель М1 останавливается.
При коротком замыкании (К.З.) в силовой цепи срабатывает QF1 и отключает СДУ от сети А,В,С. При К.З. в цепи управления перегорает предохранитель FU1 - КМ, а затем и М отключаются. В случае токовой перегрузки биметаллические пластины теплового реле КК1 нагреваются и под действием пружины контакт КК1.1 размыкается, отключая этим КМ и М1.
Используя известные в алгебре логики правила, составим логический алгоритм управления в алгебраической форме. Для рассматриваемой СДУ его можно представить в виде системы двух логических уравнений:
где - операция конъюнкция, соответствующая последовательному соединению элементов в СДУ;
- операция дизъюнкция, соответствующая параллельному соединению элементов в СДУ;
- инверсная логическая переменная.
Другая форма представления алгоритма управления СДУ - графическая.
На рисунке 1.2 представлена схема алгоритма типовой СДУ.
Рисунок 1.2 – Схема алгоритма типовой СДУ
В таблице 1.2 представлены характерные режимы работы типовой СДУ.
Таблица 1.2 – Режимы работы типовой СДУ
|
Режим работы |
Входные параметры |
Выходные параметры |
||||||||
|
QF1 |
FU1 |
SB1 |
SB2 |
KM 1.1 |
KM 1.2 |
KK1 |
KK 1.1 |
KM1 |
M1 |
|
|
1 Исходный |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
|
2 Пуск |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
|
3 Длительная работа |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
4 Стоп |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
|
5 К.З. в силовой цепи |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
|
6 К.З. в цепи управления |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
|
7 Токовая перегрузка |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
На рисунке 1.3 представлена модель типовой СДУ, созданная в интегрированной среде VisSim.
Рисунок 2.3 – Схема модели типовой СДУ, созданная в интегрированной среде VisSim
Ссылки на файлы:
1.Модель типовой СДУ в интегрированной среде VisSim;
2. Программа, имитирующая работу типовой СДУ.
1.3 Задания для самостоятельного выполнения
1. Составить принципиальную электрическую схему СДУ с двумя электродвигателями, подключенными параллельно, и одним магнитным пускателем.
2. По принципиальной электрической схеме составить систему логических уравнений.
3. В среде моделирования VisSim создать модель СДУ с двумя электродвигателями.
4. Разработать программу на любом языке программирования для имитации работы СДУ.
5. Сделать выводы по проделанной работе.
Задание для дополнительной работы
Лабораторная работа № 2
Комбинационные дискретные агенты с двумя исполнительными элементами
2.1 Цель работы
Задача:
Спроектировать реверсивную СДУ с комбинированной блокировкой и двумя постами управления.
2.2 Основные теоретические сведения
Реверсированием называют процесс изменения направления частоты вращения привода на противоположное. Эту задачу в соответствующей СДУ выполняет реверсивный магнитный пускатель КМ, состоящий из двух электро-магнитных контакторов КМ1 ("Вперед") и КМ2 ("Назад"), замыкающие контакты КМ1.3 или КМ2.3 которых в соответствии с рисунком 2.2 при включении изменяют порядок чередования фаз 3-х фазной цепи на противоположный.
Во избежание короткого замыкания в реверсивных СДУ широко применяется механическая блокировка, при которой цепь катушки каждого контактора включает последовательно включенные размыкающийся контакт противоположной кнопки "Пуск" (SB21, SB31) и замыкающийся контакт собственной кнопки "Пуск" (SB22, SB32).
Также широко применяется электрическая блокировка в виде размыкающихся контактов противоположных контакторов (KM1.3, KM2.3).
Реверсивная СДУ с комбинированным типом блокировки представлена на рисунках 2.1 (силовая цепь) и 2.2 (цепь управления).
Рисунок 2.1 – Принципиальная электрическая схема силовой цепи реверсивной СДУ
Рисунок 2.2 – Принципиальная электрическая схема цепи управления реверсивной СДУ с комбинированной блокировкой
Алгоритм управления записан в виде системы трех логических уравнений:
В таблице 2.1 приведены некоторые возможные режимы работы СДУ.
Таблица 2.1 – Режимы работы реверсивной СДУ с комбинированной блокировкой
|
№ п/п |
Наименование режима |
KM1 |
KM2 |
M1 |
||||||||
|
1 |
Исходный |
0 |
0 |
0 |
||||||||
|
2 |
ПУСК Вп |
1 |
0 |
0 |
||||||||
|
3 |
Дл. реж. раб. |
1 |
0 |
1 |
||||||||
|
4 |
При дл. раб. вп. наж. «ПУСК Нз» |
0 |
1 |
1 |
||||||||
|
5 |
При дл. раб. Нз. наж. «ПУСК Вп» |
1 |
0 |
1 |
Рисунок 2.3– Схема модели реверсивной СДУ с комбинированной блокировкой в интегрированной среде VisSim
На рисунке 2.4 представлена схема алгоритма реверсивной СДУ:
Рисунок 2.4 – Схема алгоритма реверсивной СДУ
Ссылки на файлы:
1.Модель реверсивной СДУ с комбинированной блокировкой в интегрированной среде VisSim;
2. Программа, имитирующая работу реверсивной СДУ.
2.3 Задания для самостоятельного выполнения
1. Составить принципиальную электрическую схему реверсивной СДУ с двумя постами управления.
2. По принципиальной электрической схеме составить систему логических уравнений.
3. Составить таблицу режимов.
4. Разработать схему алгоритма работы СДУ.
5. В среде моделирования VisSim создать модель реверсивной СДУ с двумя постами управления.
6. Разработать программу на любом языке программирования, которая имитируем работу СДУ.
7. Сделать выводы по проделанной работе.
Задание для дополнительной работы
Лабораторная работа № 3
Комбинационные дискретные агенты с многими исполнительными элементами
3.1 Цель работы
1. Изучить ПТЛ;
2. Научиться моделировать СДУ с многими магнитными пускателями на примере ПТЛ.
Задачи:
1) Спроектировать СДУ ПТЛ на 3 рабочие машины с одним реверсивным двигателем;
2) Спроектировать СДУ ПТЛ с четырьмя электродвигателями.
3.2 Основные теоретические сведения
Поточно-транспортная линия – совокупность согласованного по производительности технологического оборудования, связанного единым потоком вещества. По технологическим требованиям, предъявляемым к поточно-транспортным линиям, связанным с минимизацией прямых и косвенных потерь продукта, необходимо пуск и останов рабочих машин осуществлять в строго определенных последовательностях.
Пусть ПТЛ составляют три рабочие машины с тремя электродвигателями М1, М2, М3 и технологический поток направлен от М1 к М2 и М3. Пуск ПТЛ всегда осуществляют против хода (от М3 к М1), а ее останов - по ходу (М1-М2-М3) технологического потока.
Составим принципиальную электрическую схему СДУ ПТЛ с учетом обеспечения правильной последовательности её пуска и останова (рисунок 2.1), используя имеющиеся в резерве у контакторов замыкающие контакты. Для обеспечения правильной последовательности пуска в цепях катушек контакторов, за исключением последнего, последовательно включаем замыкающие контакты последующих по ходу потока контакторов. В частности, в цепи катушек КМ2 и КМ1 включены замыкающие контакты соответственно КМ3.3 и КМ2.3.
Правильную последовательность остановки ПТЛ обеспечиваем шунтированием всех кнопок «Пуск», за исключением первой, замыкающими контактами предыдущих контакторов. На рисунке 3.1 это контакты КМ1.3 и КМ2.4.
Составим алгебраическую форму записи алгоритма управления СДУ поточно-транспортной линии. Алгебраическая форма записи будет выглядеть в виде системы из шести уравнений.
где - операция конъюнкция, соответствующая последовательному соединению элементов в СДУ;
- операция дизъюнкция, соответствующая параллельному соединению элементов в СДУ;
- инверсная логическая переменная.
Рисунок 3.1 – Принципиальная электрическая схема СДУ поточно-транспортной линии
Другая форма представления алгоритма управления СДУ ПТЛ – графическая. Составим схему алгоритма СДУ ПТЛ (рисунок 3.2).
Рисунок 3.2 – Схема алгоритма управления СДУ ПТЛ
* - в скобках указаны номера логических уравнений, приведенных выше
Составим упрощенную табличную форму записи работы СДУ ПТЛ. В ней содержаться некоторые режимы работы СДУ ПТЛ, отражающие наиболее важные функции. Также сокращено количество входных параметров, для удобства восприятия.
Таблица 3.1 – Режимы работы СДУ ПТЛ
|
Режимы работы |
Входные параметры |
Выходные параметры |
||||||||||||||||
|
QF* |
KK* |
FU* |
SB1.1 |
SB1.2 |
SB2.1 |
SB2.2 |
SB3.1 |
SB3.2 |
KM1.* |
KM2.* |
KM3.* |
KM1 |
M1 |
KM2 |
M2 |
KM3 |
M3 |
|
|
Исходный режим |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
Пуск М3 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
Длит. раб. М3 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
Пуск М2 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
|
Длит. раб. М2 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
Пуск М1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
Длит. раб. М1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
Нажата SB1.1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
Остановка М1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
Нажата SB2.1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
|
Остановка М2 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
Нажата SB3.1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
Остановка М3 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
При пуске нажата SB2.2 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
При остановке нажата SB2.1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
Ссылки на файлы:
1.Модель ПТЛ с тремя электродвигателями в интегрированной среде VisSim;
2. Программа, имитирующая работу ПТЛ.
3.3 Задания для самостоятельного выполнения
1. Составить принципиальную электрическую схему СДУ ПТЛ, имеющего четыре электродвигателя, один из которых реверсивный.
2. По принципиальной электрической схеме составить систему логических уравнений.
3. Составить таблицу режимов.
4. Разработать схему алгоритма работы СДУ.
5. В среде моделирования VisSim создать модель СДУ, имеющего четыре электродвигателя, один из которых реверсивный.
6. Разработать программу на любом языке программирования, которая имитируем работу СДУ.
7. Сделать выводы по проделанной работе.
Задание для дополнительной работы
Лабораторная работа № 4
Автоматизированный синтез комбинационных дискретных агентов
4.1 Цель работы
Научиться проводить синтез дискретных комбинационных автоматов, а так же составлять модели этих управляющих устройств.
4.2 Основные теоретические сведения
Комбинационный дискретный автомат – это управляющее устройство, в котором изменение выходных сигналов под действием входных происходит в течение 1 такта.
Простейшей формой задания КДА является таблица истинности. Пусть известен перечень технических требований для устройства (имеющего 3 датчика и одну выходную переменную), которое задано следующей таблицей истинности:
Таблица 4.1 – Таблица истинности устройства
|
№ комб. |
d1 |
d2 |
d3 |
X1 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
1 |
0 |
0 |
1 |
у |
|
2 |
0 |
1 |
0 |
у |
|
3 |
0 |
1 |
1 |
1 |
|
4 |
1 |
0 |
0 |
у |
|
5 |
1 |
0 |
1 |
1 |
|
6 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
7 |
1 |
1 |
1 |
z |
У дискретных автоматов следует различать следующие состояния:
- обязательное (строки, заполненные 0 и 1);
- запрещенное или аварийное (строки, заполненные х или з);
- условное, при котором не важно 0 или 1 (заполняются буквой у).
Выделяем первичные значения выходной переменной и для нее составляем частичные конъюнкции:
;
;
;
;
;
;
.
Синтезируем математическую модель КДА. Для этого объединяем частичные конъюнкции с помощью операции дизъюнкция:
;
.
Проводим минимизацию (упрощение) с помощью алгебраических преобразований:
;
;
.
Так же минимизацию можно произвести и с помощью «карт Карно»:
Заполняем клетки так, чтобы смежные отличались значением только одной переменной, затем выделяем контуры и в результате получаем:
.
По результатам, полученным в результате минимизации с помощью карт Карно, составим принципиальную электрическую схему КДА.
Рисунок 4.1 – Принципиальная электрическая схема КДА
Составим модель КДА в интегрированной среде моделирования VisSim.
Рисунок 4.2 – Схема модели КДА в интегрированной среде VisSim
I – задание переменных;
II – модель КДА;
III – запрещенное состояние КДА.
Модель КДА в интегрированной среде VisSim.
4.3 Задания для самостоятельного выполнения
1. Провести синтез микроголосующего автомата КДА для 4 человек по мажоритарной системе (голосование «по большинству»), например, не менее 2-х из 4-х.
2. Составить принципиальную электрическую схему заданного КДА.
3. В среде моделирования VisSim создать модель микроголосующего автомата КДА.
4. Разработать программу на любом языке программирования, которая имитирует работу КДА.
5. Сделать выводы по проделанной работе.
Задание для дополнительной работы
Провести синтез микроголосующего автомата КДА по миноритарной системе (голосование «по меньшинству»), например, менее 2-х из 4-х человек, согласно пунктам 2-5 задания для самостоятельного выполнения.
Лабораторная работа № 5
Графовые модели и последовательные дискретные
агенты
5.1 Цель работы
Изучить формы описания последовательных дискретных агентов, методы их синтеза и моделирования.
Задачи:
1) изучить алгоритм синтеза ПДА по таблице включений;
2) произвести синтез ПДА с тремя исполнительными элементами: Х1, Х2, Х3, необходимо, чтобы после воздействия на командный элемент А, исполнительные элементы поочередно включались, а затем в обратном порядке отключались. Цикл ПДА должен непрерывно повторяться, пока включен командный элемент;
3) произвести синтез ПДА с тремя исполнительными элементами: Х1, Х2, Х3, необходимо, чтобы после воздействия на командный элемент А, исполнительные элементы поочередно включались в обратном порядке, а затем в том же порядке отключались. Цикл ПДА должен непрерывно повторяться, пока включен командный элемент.
5.2 Основные теоретические сведения
В ПДА одной и той же комбинации входных сигналов, поданных на входы в различные моменты времени, соответствуют разные значения выходов. ПДА имеют дополнительные элементы, позволяющие различить комбинации входных сигналов, поданных ранее, от аналогичных комбинаций, поданных в последующие моменты времени. Эти дополнительные элементы называются промежуточными. Они представляют собой элементы памяти, определяющие в каждый момент времени внутреннее состояние ПДА.
Под состоянием ПДА понимают совокупность значений входных и промежуточных переменных в некотором интервале времени, в течение которого указанные переменные сохраняют свои значения. ПДА могут находиться в устойчивом и неустойчивом состоянии. При устойчивом состоянии остаются неизменными как состояния входов, так и состояние промежуточных переменных. В неустойчивом состоянии ПДА находятся тогда, когда состояние входов изменилось, а внутреннее состояние еще не соответствует новому состоянию входов. Неустойчивое состояние ПДА может продолжаться до тех пор, пока существует данная комбинация сигналов на входе. Промежуточные элементы в этом случае находятся в состоянии циклического переключения. Процесс изменения состояния ПДА, вызванный входными или промежуточными переменными, называется переходом. Промежуток времени между двумя изменениями внутреннего состояния ПДА называют тактом.
Произведем синтез ПДА с исполнительными элементами Х1, Х2, Х3. Где необходимо, чтобы после воздействия на командный элемент А, исполнительные элементы поочередно включались, а затем в том же порядке отключались. Цикл ПДА должен непрерывно повторяться.
Рисунок 5.1- Графовая модель ПДА
Далее смоделируем данный последовательный дискретный агент в интегрированной среде VisSim.
Рисунок 5.2 – Схема модели ПДА в интегрированной среде VisSim
I – задание переменных;
II – модель ПДА.
Ссылки на файлы:
5.3 Задания для самостоятельного выполнения
1. Произвести синтез ПДА с исполнительными элементами Х1, Х2, Х3. Необходимо, чтобы после воздействия на командный элемент А, исполнительные элементы поочередно включались, а затем в обратном порядке отключались. Цикл ПДА должен непрерывно повторяться, пока включен командный элемент.
2. В интегрированной среде моделирования VisSim составить модель заданного ПДА.
3. Сделать выводы по проделанной работе.
Задание для дополнительной работы
Лабораторная работа № 6
Автоматизированный синтез последовательных дискретных агентов с малым объемом памяти
6.1 Цель работы
Изучить особенности работы последовательных дискретных автоматов (ПДА). Приобрести навыки проведения синтеза ПДА с малым объемом памяти.
Задачи:
1) Изучить метод синтеза ПДА путем использования обратной связи по выходу;
2) Научиться моделировать ПДА в среде VisSim;
3) Разработать ПДА при следующих условиях: насос Н должен автоматически включаться при достижении жидкостью нижнего датчика Дн, оставаться включенным при достижении жидкостью среднего уровня (соответствующий датчик Дср) и выключаться при достижении жидкости верхнего уровня, контролируемого датчиком Дв. Насос должен оставаться выключенным до тех пор, пока уровень жидкости не достигнет нижнего датчика Дн.
6.2 Общие теоретические сведения
Последовательные дискретные автоматы осуществляют преобразование двоичных входных переменных не только с учетом текущей комбинации на входе в данном такте автоматного времени, но и с учетом того, что было в предыдущих тактах. Создание ПДА, способного запомнить предшествующие данному такту комбинации сигналов на входе, обеспечивается наличием в автомате не только внешних рабочих входов Х и выходов У, но и вспомогательных внутренних переменных Н, которые должны иметь возможность давать различные комбинации для каждого такта, подлежащего запоминанию, и реализуемых в виде обратных связей. Эти внутренние переменные корректируют результат от воздействия внешних входов, учитывая предыдущие ситуации.
Следовательно, задача внешних входов – задать текущую комбинацию, а внутренних – сохранить и задать на входе комбинацию, однозначно соответствующую сформировавшейся комбинации на входе в предыдущем такте. В этом случае выходная комбинация формируется с учетом предыдущего такта. В следующем такте внутренние переменные внесут очередную корректировку, если их комбинация будет отлична от предыдущей и новое значение входов уже несет в себе следы двух предыдущих тактов и т. д. Количество таких состояний М внутренних переменных Н называют весом ПДА.
Число внутренних переменных Nн, обеспечивающих возможность кодирования всех М состояний, составляют объем памяти автомата.
Характерной особенностью ПДА является то, что с использованием корректирующего воздействия возможны разные комбинации выходов при одинаковых комбинациях сигналов на внешних входах.
Разработаем ПДА системы управления насосом. Эвристическое описание задачи будет выглядеть следующим образом.
Насос Н должен автоматически включаться при достижении рабочей жидкостью нижнего уровня, контролируемого датчиком Дн, и выключаться при достижении жидкостью верхнего уровня, контролируемого датчиком Дв.
В цикле работы насоса можно выделить четыре такта: 1 – уровень жидкости ниже Дн (насос работает, резервуар наполняется); 2 – уровень жидкости выше Дн, но ниже Дв (насос работает, резервуар наполняется); 3 – уровень достиг Дв (насос отключается, жидкость расходуется, резервуар опустошается); 4 – уровень ниже Дв, но выше Дн (насос выключен, резервуар опустошается).
Так как насос работает циклически, выделим один цикл работы, который будет состоять из четырех тактов. Цикл работы насоса представлен в таблице 6.1.
Таблица 6.1 – Цикл работы системы управления насосом
|
Элементы системы |
Такты предыдущего цикла |
1 |
2 |
Такты последующего цикла |
||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|||
|
Дн |
… |
0 |
1 |
1 |
1 |
… |
|
Дв |
… |
0 |
0 |
1 |
0 |
… |
|
Н |
… |
1 |
1 |
0 |
0 |
… |
Произведем синтез ПДА введением обратной связи. Для синтеза с малым объемом памяти часто можно использовать логическое уравнение, предусматривающее введение обратной связи.
где - конъюнкция входных переменных, не изменяющихся в соседних тактах;
- конъюнкция входных переменных, изменяющихся в соседних тактах;
- внутренняя переменная.
Для тактов 1 и 2 математическая модель будет выглядеть следующим образом:
Для тактов 3 и 4 математическая модель будет выглядеть следующим образом:
где Нв1 и Нв2 – внутренние переменные, в виде обратных связей по выходу.
Чтобы избавиться от инверсии выходной переменной в математической модели для тактов 3 и 4, необходимо воспользоваться теоремой Шеннона-Моргана. Уравнение примет следующий вид:
По математической модели, можно составить принципиальную электрическую схему системы управления насосом. Она представлена на рисунке 6.1.
Рисунок 6.1 – Принципиальная электрическая схема системы управления насосом
По принципиальной электрической схеме и математической модели системы управления насосом, составим схему алгоритма работы. Схемы работы системы управления насосом представленны на рисунках 6.2 и 6.3 соответсятвенно для первой и второй математической модели.
Рисунок 6.2 – Схема алгоритма работы системы управления насосом по первой принципиальной электрической схеме
Рисунок 6.3 – Схема алгоритма работы системы управления насосом по второй принципиальной электрической схеме
Модель КДА в интегрированной среде VisSim.
6.3 Задания для самостоятельного выполнения
1. Разработать следующий ПДА: насос Н должен автоматически включаться при достижении жидкостью нижнего датчика Дн, оставаться включенным при достижении жидкостью среднего уровня (соответствующий датчик Дср) и выключаться при достижении жидкости верхнего уровня, контролируемого датчиком Дв. Насос должен оставаться выключенным до тех пор, пока уровень жидкости не достигнет нижнего датчика Дн.
2. Составить принципиальную электрическую схему заданного ПДА.
3. В среде моделирования VisSim создать модель ПДА.
4. Сделать выводы по проделанной работе.
Задание для дополнительной работы
Лабораторная работа № 7
Моделирование надежности автоматизированных систем с параллельно последовательными и мостиковыми структурами
7.1 Цель работы
Изучить методику автоматизированного логико-вероятностного расчета (ЛВР) надежности для различных параллельно-последовательных структур (ППС) и мостиковых структур. Определить результирующие показатели надежности по заданной структурной схеме. Научиться моделировать надежности систем с различными структурами в VisSim.
Рассчитать ВБР и другие характеристики надежности для систем, содержащих следующее количество элементов надежности:
а) для ППС – 20;
б) для мостиковых структур – 25;
7.2 Общие теоретические сведения
Показатели надежности систем управления.
Способность ТС сохранять свои наиболее существенные свойства (безотказность, ремонтопригодность и т.д.) на заданном уровне в течение фиксированного промежутка времени при определенных условиях эксплуатации называют надежностью. Под структурной надежностью ТС понимают надежность системы в целом при заданной ее структуре и известных значениях надежности всех входящих в нее элементов. Степень надежности ТС определяется показателями, связанными с явлением отказами – случайным событием, заключающимся в нарушении работоспособности системы.
Вероятностью безотказной работы (ВБР) P(t) системы называется вероятность того, что при определенных условиях эксплуатации в заданном интервале времени или в пределах заданной наработки не произойдет ни одного отказа: P(t)=P(T>t). Здесь t – время, в течение которого определяется ВБР; Т – время работы ТС от ее включения до первого отказа.
Вероятностью отказа (ВО) Q(t) называется вероятность того, что при определенных условиях эксплуатации в заданном интервале времени возникнет хотя бы один отказ. Отказ и безотказная работа являются событиями несовместными и противоположными.
Частота отказов a(t) есть плотность вероятности времени работы системы до первого отказа.
Интенсивность отказов λ(t) – плотность вероятности отказа ТС к моменту времени t при условии, что до этого момента отказ не произошел:
Интенсивность отказов и ВБР связаны между собой зависимостью:
Средней наработкой до первого отказа называется математическое ожидание времени работы ТС до отказа:
Особенностью показателей является то, что, зная, например, ВБР системы, можно найти остальные количественные показатели надежности. На этапе нормальной эксплуатации системы при экспоненциальном законе распределения λ(t)= λ и приведенные выражения упрощаются:
;
Расчеты надежности занимают ведущее место в проектировании и практике использования ТС. Для определения надежности систем разделяют на отдельные части, в отношении которых имеются или определяются количественные характеристики надежности. Декомпозицию производят так, чтобы отдельные части представляли собой конструктивно самостоятельные элементы, независимые в отношении отказов от других элементов. Если отказы соседних элементов зависят друг от друга, то их объединяют в один общий блок, для которого находят расчетным путем общую характеристику надежности.
Наиболее распространенными структурами расчета надежности являются ППС. Расчет таких структур производят по следующему алгоритму:
Расчет мостиковых структур
Назовем структуру, состоящую из пяти элементов надежности, один из которых включен в ее диагональ, элементарной мостиковой структурой. Рисунок 7.1. Диагональ не позволяет считать, что остальные элементы соединены последовательно или параллельно. Поэтому использовать рассмотренный алгоритм нельзя. Рассмотрим два метода ЛВР надежности элементарных мостиковых структур.
Рисунок 7.1 – Структурная схема надежности элементарной мостиковой структуры
Метод разложения по базовому элементу
Метод основан на использовании теоремы о сумме вероятностей несовместных событий и заключается в следующем. В исходной структуре в соответствии с рисунком 7.1 выбирается базовый элемент и предполагается:
а)
б)
Рисунок 7.2- Структурная схема надежности с абсолютно надежным (а) и абсолютно не надежным (б) базовым элементом
- базовым элементом находится в работоспособности состоянии (рисунок 7.2 а);
- базовым элементом находится в состоянии отказа (рисунок 7.2 б).
При этом в качестве базов элемента целесообразно выбирать элемент, имеющий наибольшее количество связей, т.е. диагональный элемент. Для этих двух несовместных событий исходная элементарная мостиковая структура преобразовывается в две новые структурные схемы в соответствии с рисунком 7.2, представляющие собой элементарные ППС.
В первой из них базовый элемент заворачивается, а во втором – разрывается. Вычисляются вероятности безотказной работы (ВБР) каждой из полученных ГШС и умножаются: первая на ВБР базового элемента, а второй – на вероятность отказа базового элемента. Полученное произведение складываются. Найденная сумма соответствует искомой ВБР исходной элементарной мостиковой структуры. ВБР первое структуры, изображенной на рисунке 7.2а, найдется:
И надежность второго ППС в соответствии с рисунком 2.2б составит:
Результирующая ИБР исходная структура находится в соответствии с параллельным соединением обеих ППС:
7.3 Задания для самостоятельного выполнения
1. Составить структурную схему надежности системы с ППС, содержащую 20 элементов;
2. Задать вероятности безотказной работы для всех элементов;
3. Разбить структурную схему на элементарные ППС (не более пяти элементов);
4. Составить логические уравнения для каждой элементарной ППС ();
5. Арифметизировать ();
6. Заменить события их вероятностями;
7. Вычислить ВБР;
8. Вычислить ВБР для мостиковой структуры, состоящей из 25 элементов по тому же алгоритму;
9. Составить модели обеих структур в интегрированной среде VisSim;
10.Проанализировать полученные результаты и сделать выводы.
Задание для дополнительной работы
Выполнить расчет надежности технической системы с комбинированной структурой, согласно пунктам 1-7 задания для самостоятельного выполнения.
Ссылки на файлы:
Лабораторная работа № 8
Комбинационные аналоговые агенты: анализ и моделирование статического режима
8.1 Цель работы
Научиться проводить анализ в автоматизированном режиме аналогового агента, представленного структурной схемой, включающей в себя 20 статических звеньев, а так же научиться моделировать их в интегрированных средах.
Задачи:
1) Составить структурную схему САУ содержащую двадцать элементов.
2) Реализовать данную САУ в интегрированной среде VisSim.
3) Произвести расчет статического режима разработанной САУ.
8.2 Общие теоретические сведения
Статическую систему можно представить в виде совокупности статических звеньев.
Статическое звено – часть системы, обособленная до такой степени, что её можно представить с одним входом, одним выходом и собственным коэффициентом усиления (k).
Рисунок 8.1 – Статическое звено
Следует различать все три типа соединений:
1) последовательное;
2) параллельное;
3) обратная связь.
Рассмотрим каждое из этих типов соединений отдельно.
1) Последовательное соединение статических звеньев.
Задача: Пусть известны два статических звена, требуется соединить их последовательно и найти эквивалентный коэффициент усиления.
У статического звена есть один параметр – коэффициент усиления (k), и если в условии сказано, что известны статические звенья, это значит, что известны их коэффициенты усиления.
Последовательное соединение – соединение, при котором выход каждого предыдущего звена соединен с входом последующего звена.
Рисунок 8.2 – Последовательное соединение двух статических звеньев
По определению и схеме соединения составим систему алгебраических уравнений:
Решение данной системы уравнений:
Отсюда можно вывести общую формулу для последовательного соединения любого количества статических звеньев:
2) Параллельное соединение статических звеньев
Задача: Пусть известны два статических звена, требуется соединить их параллельно и найти эквивалентный коэффициент усиления.
Параллельное соединение – соединение при котором на входы звеньев подается один и тот же входной сигнал, а выходные сигналы алгебраически суммируются.
Рисунок 8.3 – Параллельное соединение двух статических звеньев
По определению и схеме соединения составим систему алгебраических уравнений:
Решение данной системы уравнений:
Отсюда можно вывести общую формулу для параллельного соединения любого количества статических звеньев:
3) Соединение «обратная связь»
Задача: Пусть известны два статических звена, требуется соединить их по схеме «обратная связь» и рассчитать эквивалентный коэффициент усиления.
Соединение «обратная связь» - соединение при котором выходной сигнал первого звена, посредством второго звена, подается на вход первого.
Рисунок 8.4 – Схема соединение двух статических звеньев по схеме «обратная связь»
По определению и схеме соединения составим систему алгебраических уравнений:
Решение данной системы уравнений:
Отсюда можно выделить эквивалентный коэффициент усиления для соединения двух статических звеньев по схеме «обратная связь».
Модель САУ в интегрированной среде VisSim.
8.3 Задания для самостоятельного выполнения
1. Составить структурную схему САУ содержащую двадцать элементов, соединенных всеми возможными типами соединений;
2. Генератором случайных чисел задать коэффициенты усиления 20 звеньев;
3. Составить модель данной САУ в интегрированной среде VisSim и получить и ;
4. Сделать выводы по проделанной работе.
Задание для дополнительной работы
Выполнить пункты 1-4 задания для самостоятельного выполнения для САУ, содержащую 25 элементов, соединенных всеми возможными типами соединений.
Лабораторная работа № 9
Автоматизированное решение интеллектуальных задач
9.1 Цель работы
Научится в условиях отсутствия информации решать интеллектуальные задачи с использованием специализированных средств в виде принципов и таблицы устранения технических противоречий.
9.2 Общие теоретические сведения
Под интеллектуальной задачей следует понимать ситуации, когда реше ние нужно получить в условиях полной или частичной неопределенности. Причем это решение не простое, а на уровне изобретения. Под изобрете нием понимаем техническое решение обладающее мировой новизной, даю щее эффект в народном хозяйстве.
В этой теории одним из главных понятии является противоречие: техническое и физическое.
Под техническим противоречием следует понимать попытку улучшения одного показателя, свойства или признака системы традиционным способом и при этом другой показатель, признак или свойство этой системы недопустимо ухудшается. Под физическим противоречием понимаем такую ситуацию, когда для решения конкретной задачи требуется использовать противоречивые физические эффекты.
Идеальный конечный результат – случай, когда габариты, масса, стоимость и другие признаки системы стремятся к нулю, а функции, которые выполняет система, выполняются на 100%.
Минимальный алгоритм решения интеллектуальной задачи – минимум операций требующихся на уровне технических противоречий.
Эвристический алгоритм – точное совокупность операций, выполнение которых не обязательно приведет к выполнению поставленной цели, но выполнение гарантируют большую вероятность решения задачи.
Типовые рекомендуемые приёмы:
2. Принцип вынесения
3. Принцип местного качества
4. Принцип асимметрии
Приложение, помогающее подобрать нужные принципы для решения интеллектуальной задачи по сформулированным техническим противоречиям.
9.3 Задания для самостоятельного выполнения
Список рекомендуемой литературы
1 Владов Ю. Р. Анализ и синтез дискретных систем управления технологическими потоками. Алгоритмы и программы. Лабораторный практикум. – Оренбург: ОрПИ, 1998 г. 90 с.
2 ГОСТ 2.708 – 71 Общие правила оформления схем.
3 ГОСТ 2.755-87 ЕСКД Обозначения условные графические в схемах. Устройства коммутационные и контактные соединения.
4 ГОСТ 19.701 – 90 ЕСКД Схемы алгоритмов, программ, данных и систем.
5 Стандарт предприятия: Общие требования и правила оформления выпускных квалификационных работ, курсовых проектов (работ), отчетов по РГР, по УИРС, по производственной практике и рефератов. – М.: ОГУ, 2000. – 62 с.
Предметный указатель
А
Автоматический выключатель
Б
Биметаллические пластины
В
Вероятность безотказной работы (ВБР)
Вероятность отказа (ВО)
Вес ПДА
Г
Графовая модель ПДА
Д
Дизъюнкция
З
Запрещенное состояние КДА
И
Инверсия
Интегрированная среда моделирования
Интеллектуальная задача
Интенсивность отказов λ(t)
К
Катушка магнитного пускателя
Кнопка управления
Комбинационный дискретный автомат (КДА)
Комбинированная блокировка
Контакт магнитного пускателя
Конъюнкция
Коэффициент усиления
Л
Логические уравнения
М
Механическая блокировка
Минимизация
Н
Нулевой провод
О
Обратная связь
Объем памяти ПДА
Обязательное состояние КДА
П
Параллельно-последовательные структуры (ППС)
Последовательный дискретный агент (ПДА)
Поточно-транспортная линия (ПТЛ)
Предохранитель
Принципиальная электрическая схема
Промежуточный элемент ПДА
Р
Рабочая машина
Реверсирование
С
СДУ
Сигнальная лампа
Силовые контакты
Состояние ПДА
Статическое звено
Схема алгоритма
Схема модели
Т
Таблица режимов работы
Токовая перегрузка
У
Условное состояние КДА
Ф
Фаза
Ч
Частота отказов a(t)
Э
Эвристический алгоритм
Эвристическое описание задачи
Электрическая блокировка
Электрическая цепь
Электродвигатель
Электромагнитный аппарат
Элементы схемы