Синтез нейронного регулятора для управления бесколлекторным двигателем постоянного тока

Усольцев, Денис Вячеславович Отделение автоматизации и робототехники (ОАР)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

Объектом исследования является бесколлекторный двигатель постоянного тока. Цель работы заключается в синтезе системы управления бесколлекторным двигателем постоянного тока на основе нейронной сети. В качестве типа нейронной сети нейроконтроллера выбран многослойный персептрон. В качестве структуры нейроконтроллера выбран многомодульный нейроконтроллер. Бесколлекторный двигатель постоянного тока рассматривается как модель черного ящика. Нейрокортроллер реализован в виде приложения Windows Forms. Нейронная сеть обучается на основе метода обратного распространения ошибки.

ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………………………………………………. 14
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ …………………………………………………………………………. 15
2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ …………………………………………. 19
2.1. Искусственная нейронная сеть ………………………………………………. 19
2.2. Обучение ………………………………………………………………………………. 23
2.3. Структуры нейрорегуляторов………………………………………………… 27
2.3.1. Подражающее нейроуправление ……………………………………… 28
2.3.2. Обобщенное инверсное нейроуправление ……………………….. 29
2.3.3. Метод многомодульного нейроуправления на основе пар
прямых и инверсных моделей……………………………………………………………….. 31
2.4. Бесколлекторный двигатель постоянного тока ………………………. 33
3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ………………………………………………… 34
3.1. Аппаратная часть ………………………………………………………………….. 34
3.1.1. Микроконтроллер ………………………………………………………………. 34
3.1.2. Бесколлекторный двигатель постоянного тока ……………………. 35
3.1.3. Электронный регулятор хода ……………………………………………… 36
3.1.4. Датчик ……………………………………………………………………………….. 37
3.1.5. Сборка устройства ……………………………………………………………… 38
3.2. Программная часть ……………………………………………………………….. 41
3.2.1. Микроконтроллер ………………………………………………………………. 41
3.2.2. Персональный компьютер ………………………………………………….. 41
4. ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ……………………………………. 46
4.1. Влияние параметров обучения на качество искусственной
нейронной сети ………………………………………………………………………………………… 46
4.1.1. Влияние коэффициента скорости обучения …………………….. 46
4.1.2. Влияние количества нейронов в скрытом слое ………………… 47
4.1.3. Влияние длины задержки входных сигналов …………………… 49
4.1.4. Влияние количества пройденных эпох обучения …………….. 50
4.2. Синтез ПИД-регулятора ………………………………………………………… 51
4.3. Синтез нейромодулятора ………………………………………………………. 53
4.4. Синтез инверсного нейромодулятора …………………………………….. 55
4.5. Синтез многомодульного нейроконтроллера …………………………. 58
4.6. Синтез многомодульного нейроконтроллера с использованием
ПИ-регуляторов ……………………………………………………………………………………….. 63
5. ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ…………………………………………………………………………….. 67
Введение……………………………………………………………………………………….. 67
5.1. Предпроектный анализ ………………………………………………………….. 68
5.1.1. Потенциальные потребители результатов исследования ….. 68
5.1.2. Анализ конкурентных технических решений…………………… 69
5.1.3. Диаграмма Исикавы ……………………………………………………….. 70
5.1.4. SWOT-анализ …………………………………………………………………. 71
5.2. Инициализация проекта ………………………………………………………… 71
5.3. Планирование управления научно-техническим проектом …….. 73
5.3.1. Разработка графика проведения научного исследования….. 74
5.3.2. Бюджет научно-технического исследования (НТИ) …………. 77
5.3.4.1. Расчет материальных затрат НТИ ……………………………… 78

5.3.4.2. Расчет затрат на специальное оборудование для научных
(экспериментальных) работ ………………………………………………………………. 80

5.3.4.3. Основная заработная плата исполнителей …………………. 80

5.3.4.4. Отчисления во внебюджетные фонды ……………………….. 81

5.3.4.5. Накладные расходы ………………………………………………….. 82

5.3.4.6. Формирование бюджета затрат научно-
исследовательского проекта ……………………………………………………………… 83

5.3.3. Реестр рисков проекта …………………………………………………….. 83
5.4. Определение ресурсосберегающей, финансовой, бюджетной,
социальной и экономической эффективности исследования ……………………… 84
5.4.1. Бюджет научно-технического исследования (НТИ) …………. 85
6. СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ …………………………………………………… 86
Аннотация …………………………………………………………………………………….. 86
Введение……………………………………………………………………………………….. 86
6.1. Производственная безопасность ……………………………………………. 87
6.1.1. Повышенный уровень шума ……………………………………………. 87
6.1.2. Повышенный уровень электромагнитных излучений ………. 88
6.1.3. Отклонение показателей микроклимата ………………………….. 90
6.1.4. Недостаточная освещенность ………………………………………….. 92
6.1.5. Психофизиологические вредные факторы ……………………….. 96
6.1.6. Электробезопасность ………………………………………………………. 97
6.2. Экологическая безопасность …………………………………………………. 99
6.3. Безопасность в чрезвычайных ситуациях …………………………….. 100
6.4. Организационные вопросы обеспечения безопасности ………… 101
6.4.1. Охрана труда ………………………………………………………………… 101
6.4.2. Эргономические требования к рабочему месту инженера-
программиста…………………………………………………………………103
6.5. Заключение …………………………………………………………………………. 105
ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………………………………………. 106
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ……………………………………… 107
ПРИЛОЖЕНИЕ А (обязательное) ………………………………………………………………. 110
ПРИЛОЖЕНИЕ Б (справочное) Листинг программы микроконтроллера ……. 126
ПРИЛОЖЕНИЕ В (справочное) Листинг программы Neural ………………………. 129

Применение искусственных нейронных сетей для задач управления
является перспективной направлением, находящимся на стыке таких
дисциплин, как автоматическое управление и искусственный интеллект.
Нейронные сети обладают рядом уникальных свойств, которые
выделяют их на фоне иных средств управления: способностью к обобщению
данных, обучению на примерах и адаптации к изменяющимся свойствам
объекта управления и внешней среды. Кроме того нейронные сети пригодны
для синтеза нелинейных регуляторов и обладают высокой надежностью, ввиду
заложенного в структуру сети параллелизма.
В данной работе рассматривается возможность синтеза нейронного
регулятора для задачи управления бесколлекторным двигателем постоянного
тока. В качестве искусственной нейронной сети используется многослойный
персептрон Розенблатта. Обучение производится методом обратного
распространения ошибки.
В ходе выполнения работы разработан учебный стенд с возможностью
динамического изменения нагрузки на валу бесколлекторного двигателя и
написана программа для обучения нейронных и исследования полученных
решений. Полученное решение может быть использовано в учебных целях или
модифицировано для задач идентификации состояний реальных
производственных объектов.

В результате выполнения выпускной квалификационной работы был
разработан и собран учебный стенд по управлению бесколлекторным
двигателем постоянного тока с возможностью динамического изменения
нагрузки на валу. Так же разработана программа, реализующая генерацию
обучающей выборки, обучение нейронной сети и синтез нейронного
регулятора.
В ходе работы была изучена возможность применения нейронных сетей
для управления динамическими объектами, в частности, для бесколлекторного
двигателя постоянного тока. Лучшие результаты показал многомодульный
нейрорегулятор с использованием ПИ-регуляторов. В тоже время, в сравнении
с классическим ПИД-регулятором, изменения в качестве управления не
существенны. Была выявлена высокая сложность процедуры синтеза
многомодульного нейрорегулятора, заключающаяся в подробном испытании
объекта во всех возможных состояниях, что не всегда возможно. Программа
нейронного регулятора выполняется на персональном компьютере, что
значительно сокращает число ее применений в практических целях.
В тоже время разработанный стенд и простота программного
обеспечения могут служить наглядным пособием для изучения структуры и
принципов работы нейронных сетей. Реализованные методы записи и
считывания обученных нейронных сетей в файлы, а также представление
процесса обучения в виде наглядного графика ошибок в реальном времени
позволяют использовать полученную программу как инструмент по разработке
и исследованию собственных структур нейронных регуляторов. Стоит
отметить, что разработанные алгоритмы идентификации состояния объекта
могут быть использованы и для других объектов, что потенциально позволяет
применять разработанную программу как часть системы управления реальным
производственным объектом или как часть SCADA–системы.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Шиленок В. КГМУ 2017, Лечебный , выпускник
    5 (20 отзывов)
    Здравствуйте) Имею сертификат специалиста (врач-лечебник). На данный момент являюсь ординатором(терапия, кардио), одновременно работаю диагностом. Занимаюсь диссертац... Читать все
    Здравствуйте) Имею сертификат специалиста (врач-лечебник). На данный момент являюсь ординатором(терапия, кардио), одновременно работаю диагностом. Занимаюсь диссертационной работ. Помогу в медицинских науках и прикладных (хим,био,эколог)
    #Кандидатские #Магистерские
    13 Выполненных работ
    Екатерина Д.
    4.8 (37 отзывов)
    Более 5 лет помогаю в написании работ от простых учебных заданий и магистерских диссертаций до реальных бизнес-планов и проектов для открытия своего дела. Имею два об... Читать все
    Более 5 лет помогаю в написании работ от простых учебных заданий и магистерских диссертаций до реальных бизнес-планов и проектов для открытия своего дела. Имею два образования: экономист-менеджер и маркетолог. Буду рада помочь и Вам.
    #Кандидатские #Магистерские
    55 Выполненных работ
    Антон П. преподаватель, доцент
    4.8 (1033 отзыва)
    Занимаюсь написанием студенческих работ (дипломные работы, маг. диссертации). Участник международных конференций (экономика/менеджмент/юриспруденция). Постоянно публик... Читать все
    Занимаюсь написанием студенческих работ (дипломные работы, маг. диссертации). Участник международных конференций (экономика/менеджмент/юриспруденция). Постоянно публикуюсь, имею высокий индекс цитирования. Спикер.
    #Кандидатские #Магистерские
    1386 Выполненных работ
    Ксения М. Курганский Государственный Университет 2009, Юридический...
    4.8 (105 отзывов)
    Работаю только по книгам, учебникам, статьям и диссертациям. Никогда не использую технические способы поднятия оригинальности. Только авторские работы. Стараюсь учитыв... Читать все
    Работаю только по книгам, учебникам, статьям и диссертациям. Никогда не использую технические способы поднятия оригинальности. Только авторские работы. Стараюсь учитывать все требования и пожелания.
    #Кандидатские #Магистерские
    213 Выполненных работ
    Анна С. СФ ПГУ им. М.В. Ломоносова 2004, филологический, преподав...
    4.8 (9 отзывов)
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания... Читать все
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания и проверки (в качестве преподавателя) контрольных и курсовых работ.
    #Кандидатские #Магистерские
    16 Выполненных работ
    Рима С.
    5 (18 отзывов)
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный универси... Читать все
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный университет, являюсь бакалавром, магистром юриспруденции (с отличием)
    #Кандидатские #Магистерские
    38 Выполненных работ
    Анастасия Л. аспирант
    5 (8 отзывов)
    Работаю в сфере метрологического обеспечения. Защищаю кандидатскую диссертацию. Основной профиль: Метрология, стандартизация и сертификация. Оптико-электронное прибост... Читать все
    Работаю в сфере метрологического обеспечения. Защищаю кандидатскую диссертацию. Основной профиль: Метрология, стандартизация и сертификация. Оптико-электронное прибостроение, управление качеством
    #Кандидатские #Магистерские
    10 Выполненных работ
    Татьяна П. МГУ им. Ломоносова 1930, выпускник
    5 (9 отзывов)
    Журналист. Младший научный сотрудник в институте РАН. Репетитор по английскому языку (стаж 6 лет). Также знаю французский. Сейчас занимаюсь написанием диссертации по и... Читать все
    Журналист. Младший научный сотрудник в институте РАН. Репетитор по английскому языку (стаж 6 лет). Также знаю французский. Сейчас занимаюсь написанием диссертации по истории. Увлекаюсь литературой и темой космоса.
    #Кандидатские #Магистерские
    11 Выполненных работ
    Глеб С. преподаватель, кандидат наук, доцент
    5 (158 отзывов)
    Стаж педагогической деятельности в вузах Москвы 15 лет, автор свыше 140 публикаций (РИНЦ, ВАК). Большой опыт в подготовке дипломных проектов и диссертаций по научной с... Читать все
    Стаж педагогической деятельности в вузах Москвы 15 лет, автор свыше 140 публикаций (РИНЦ, ВАК). Большой опыт в подготовке дипломных проектов и диссертаций по научной специальности 12.00.14 административное право, административный процесс.
    #Кандидатские #Магистерские
    216 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету

    Удаленное управление распределенными объектами с применением WEB-Технологий
    📅 2019год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Исследование влияния настроек регулятора Смита на качество регулирования
    📅 2018год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Реализация цифрового фильтра на основе сглаживающего штрафного P-сплайна
    📅 2019год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Псевдолинейный регулятор для управления объектом второго порядка
    📅 2020год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Корневой анализ систем на основе вершинных характеристических полиномов
    📅 2019год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)