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!

    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
    Петр П. кандидат наук
    4.2 (25 отзывов)
    Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт напис... Читать все
    Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт написания магистерских диссертаций. Направление - связь, телекоммуникации, информационная безопасность, информационные технологии, экономика. Пишу научные статьи уровня ВАК и РИНЦ. Работаю техническим директором интернет-провайдера, имею опыт работы ведущим сотрудником отдела информационной безопасности филиала одного из крупнейших банков. Образование - высшее профессиональное (в 2006 году окончил военную Академию связи в г. Санкт-Петербурге), послевузовское профессиональное (в 2018 году окончил аспирантуру Уральского федерального университета). Защитил диссертацию на соискание степени "кандидат технических наук" в 2020 году. В качестве хобби преподаю. Дисциплины - сети ЭВМ и телекоммуникации, информационная безопасность объектов критической информационной инфраструктуры.
    #Кандидатские #Магистерские
    33 Выполненных работы
    AleksandrAvdiev Южный федеральный университет, 2010, преподаватель, канд...
    4.1 (20 отзывов)
    Пишу качественные выпускные квалификационные работы и магистерские диссертации. Опыт написания работ - более восьми лет. Всегда на связи.
    Пишу качественные выпускные квалификационные работы и магистерские диссертации. Опыт написания работ - более восьми лет. Всегда на связи.
    #Кандидатские #Магистерские
    28 Выполненных работ
    Алёна В. ВГПУ 2013, исторический, преподаватель
    4.2 (5 отзывов)
    Пишу дипломы, курсовые, диссертации по праву, а также истории и педагогике. Закончила исторический факультет ВГПУ. Имею высшее историческое и дополнительное юридическо... Читать все
    Пишу дипломы, курсовые, диссертации по праву, а также истории и педагогике. Закончила исторический факультет ВГПУ. Имею высшее историческое и дополнительное юридическое образование. В данный момент работаю преподавателем.
    #Кандидатские #Магистерские
    25 Выполненных работ
    Анна В. Инжэкон, студент, кандидат наук
    5 (21 отзыв)
    Выполняю работы по экономическим дисциплинам. Маркетинг, менеджмент, управление персоналом. управление проектами. Есть опыт написания магистерских и кандидатских диссе... Читать все
    Выполняю работы по экономическим дисциплинам. Маркетинг, менеджмент, управление персоналом. управление проектами. Есть опыт написания магистерских и кандидатских диссертаций. Работала в маркетинге. Практикующий бизнес-консультант.
    #Кандидатские #Магистерские
    31 Выполненная работа
    Екатерина С. кандидат наук, доцент
    4.6 (522 отзыва)
    Практически всегда онлайн, доработки делаю бесплатно. Дипломные работы и Магистерские диссертации сопровождаю до защиты.
    Практически всегда онлайн, доработки делаю бесплатно. Дипломные работы и Магистерские диссертации сопровождаю до защиты.
    #Кандидатские #Магистерские
    1077 Выполненных работ
    Екатерина П. студент
    5 (18 отзывов)
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно... Читать все
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно занимаюсь английским языком, уровень владения - Upper-Intermediate.
    #Кандидатские #Магистерские
    39 Выполненных работ
    Мария А. кандидат наук
    4.7 (18 отзывов)
    Мне нравится изучать все новое, постоянно развиваюсь. Могу написать и диссертацию и кандидатскую. Есть опыт в различных сфера деятельности (туризм, экономика, бухучет... Читать все
    Мне нравится изучать все новое, постоянно развиваюсь. Могу написать и диссертацию и кандидатскую. Есть опыт в различных сфера деятельности (туризм, экономика, бухучет, реклама, журналистика, педагогика, право)
    #Кандидатские #Магистерские
    39 Выполненных работ
    Олег Н. Томский политехнический университет 2000, Инженерно-эконо...
    4.7 (96 отзывов)
    Здравствуйте! Опыт написания работ более 12 лет. За это время были успешно защищены более 2 500 написанных мною магистерских диссертаций, дипломов, курсовых работ. Явл... Читать все
    Здравствуйте! Опыт написания работ более 12 лет. За это время были успешно защищены более 2 500 написанных мною магистерских диссертаций, дипломов, курсовых работ. Являюсь действующим преподавателем одного из ВУЗов.
    #Кандидатские #Магистерские
    177 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)