12. Сформулируйте Ваше представление о таких понятиях искусственного интеллекта как «нечеткие знания», «лингвистическая переменная», «терм». Ту

Одним из ключевых понятий нечеткой логики является понятие лингвистической переменной. Суть данного понятия состоит в том, что конкретные значения числовой переменной х обычно подвергаются субъективной оценке человеком, причем результат такой оценки выражается на естественном языке.

Так, переменная "Рост (высота) человека" может характеризоваться одним из следующих термов (terms), т.е. сжатых словесных описаний: "маленький", "невысокий", "среднего роста", "высокий". Другая переменная – "Скорость движения автомобиля" – может быть "малой", "средней", "большой" и т.д. Каждый из приведенных здесь термов может рассматриваться как символ некоторого нечеткого подмножества в составе полного множества значений х. Переменные, значениями которых являются термы (слова, фразы, предложения),выраженные на естественном языке, называют лингвистическими переменными.

Задать нечеткое подмножество , соответствующее определенному i-му терму (значению) лингвистической переменной, – это значит задать область определения числовой переменной х и функцию принадлежности элемента х подмножеству .

Пример 1. Рассмотрим лингвистическую переменную "Яркость" изображения. Будем полагать, что различные значения физической переменной х яркости (единица измерения кд/м²) могут быть охарактеризованы набором из 5 нечетких подмножеств (значений лингвистической переменной):

{"Очень темно", "Темно", "Средне", "Светло", "Очень светло"}.

На рис.3 показаны функции принадлежности для каждого из этих подмножеств. Допустим, что фактическое значение яркости равно 5,5 кд/м². Тогда, в соответствии с рис.2.3, это значение относится одновременно к двум термам (подмножествам) - "Средне" и "Светло" - со степенями принадлежности и соответственно.

Рис.3. Лингвистическая переменная "Яркость"

В настоящее время сложилось мнение, что для большинства приложений достаточно 3 - 7 термов на каждую переменную. Минимальное значение числа термов вполне оправданно. Такое определение содержит два экстремальных значения (минимальное и максимальное) и среднее. Для большинства применений этого вполне достаточно. Что касается максимального количества термов, то оно не ограничено и зависит целиком от приложения и требуемой точности описания системы. Число же 7 обусловлено емкостью кратковременной памяти человека, в которой, по современным представлениям, может храниться до семи единиц информации

13. Обоснуйте выбор разрядности измерительного АЦП, если требуемая погрешность аналого-цифрового преобразования измерительного сигнала должна быть не более 0,5%. Ма

14. Поясните процесс выбора программируемого логического контроллера в задачах автоматизации. Рассмотрите особенности серий ПЛК Mitsubishi Alpha и Mitsubishi FX. См

15. Определите коэффициент усиления электромеханической системы ПР и проверьте устойчивость системы с ПИ-регулятором скорости, если диапазон

регулирования D=200, допустимый статизм системы .

16. Поясните принцип модульности в построении МС. Что такое системообразующие факторы?

17. Обоснуйте выбор типа привода (гидравлический, пневматический, электрический) в МС в зависимости от величины рабочего усилия, требуемого быстродействия, управляемости и ограничений по стоимости.

18. Поясните преимущества и особенности построения распределенных систем управления (РСУ). Приведите примеры использования синхронизирующих алгоритмов в РСУ.

Одной из важных тенденций развития ИС сложных технических устройств является децентрализация управления, т. е. передача части функций центральной системы управления локальным блокам и модулям. В соответствии с этим и ИС таких устройств также будут децентрализованными. Например, силовой интеллектуальный модуль движения мехатронной системы может иметь в своем составе датчики скорости вращения, угла поворота вала двигателя, момента на валу, температуры, значений токов и напряжений в отдельных цепях, усилители и преобразователи измерительных сигналов датчиков, локальный процессор и т. п.

Такая локальная ИС обеспечивает функционирование своего модуля и обменивается с центральной информационной системой лишь необходимой информацией (в большинстве случаев это получение задания, сообщение о его выполнении или о непредвиденных ситуациях, с которыми локальная система управления самостоятельно справиться не может). По сравнению с полностью централизованными системами распределенные управляющие и информационные системы обладают большей гибкостью, более высокой надежностью (отказ отдельного блока может не оказать влияния на работу всей системы в целом), более высоким быстродействием (особенно при наличии протяженных каналов связи). Кстати, и в разработках интеллектуальных мобильных роботов все шире прослеживается тенденция к всё более широкому использованию иерархических структур ИС и систем управления

Одной из тенденций при создании новых МС является использование конфигурируемого управления. Это подразумевает конфигурацию, у которой маневренность является приоритетной функцией.

Машины с конфигурируемым управлением обладают механической неустойчивостью, которая оказывается необходимой для обеспечения соответствующих динамических характеристик. Устойчивость таких машин достигается благодаря наличию контуров управления.

В настоящее время концепция конфигурируемого управления очень продуктивно используется в самолетостроении. Примером могут служить обладающие крайней механической неустойчивостью современные военные истребители (Российский СУ-27, Американский F-16). При проектировании этих истребителей было заложено принудительное управление от ЭВМ, что позволило достичь очень высокой маневренности.

С точки зрения концепции конфигурируемого управления следует считать более разумным распределение функций управления между несколькими ЭВМ (центральной и локальными). Последние входят в состав различных модулей мехатронной системы. Этому способствует и появление в последнее время недорогих и малогабаритных компьютеров.

Таблица 3.2. Сравнение распределенных и сосредоточенных систем.

Характеристика	Распределенные системы	Сосредоточенные системы
Быстродействие	Возможна локальная обработка информации и быстрая адаптивность.	Временные запаздывания могут быть довольно значительными, поскольку необходимо получить доступ в центральную ЭВМ.
Многообразие	Допускается существование элементов конструкции, обладающих различным набором функций.	Являются унифицированными.
Надежность	Отказ, возникший в какой-либо части, может не оказать влияния на систему в целом.	Отказ в центральной ЭВМ выводит из строя всю систему.
Гибкость	Можно легко вносить добавления и изменения в систему.	В готовую систему обычно трудно вносить изменения и дополнения.

19. Приведите сравнение достоинств и недостатков трех возможных каналов (проводного, оптического и радиоканала) передачи разведывательной измерительной информации на расстояние 2 километра от контролируемого объекта, учитывая требования скрытности, защищенности от несанкционированного доступа, надежности передачи информации и наличие сильных радиопомех. Частотный диапазон передаваемого сигнала 5 Гц – 15 кГц. Ма

Основная характеристика линии связи - диапазон рабочих частот, обеспечивающих передачу сигналов с допустимым ослаблением.

Проводная связь.Радиосвязь.Оптическая связь. Оптические системы передачи информации используются в тех случаях, когда необходима большая пропускная способность канала связи и его нечувствительность к электромагнитным помехам.Высокая направленность излучения лазера позволяет использовать в оптических системах сравнительно малые мощности, а также обеспечивает повышенную помехозащищенность (невосприимчивость к электромагнитным помехам) и скрытность связи (практически полное исключение возможности незаметного несанкционированного доступа к передаваемой информации).

20. По параметрам нагрузки металлообрабатывающей МС Мо = 10 Н·м,

Jо = 25 кГ·м2; выберите исполнительный электродвигатель, определите передаточное число исполнительного механизма, оцените влияние упругости механической передачи и момента инерции двигателя на резонансную частоту электропривода

21. Поясните назначение, принцип действия и особенности применения программируемых логических контроллеров. Приведите структуру скана ПЛК. Поясните особенности функционирования ПЛК в периоде одного скана. См

22. Предложите способы защиты от помех измерительных цепей мобильного робота, если эти цепи по технологическим требованиям должны пролегать в непосредственной близости от силового кабеля, соединяющего тиристорный регулятор с мощным электродвигателем. Рассмотрите варианты

Для снижения искажений сигнала, повышения достоверности его передачи и уменьшения влияния различного рода помех используются следующие способы:

1. сокращение пути, по которому прокладываются линии связи;

2. удаление линии связи от силовых цепей, мощных потребителей и т.п.

3. уменьшение площади между проводами линии связи, использование витой пары, а при необходимости – экранированного или коаксиального кабеля;

4. грамотное выполнение заземления;

5. использование низкоомных электрических цепей на обоих концах линии связи;

6. экранирование датчиков и источников электромагнитных помех;

7. увеличение мощности передаваемого сигнала;

8. снижение количества передаваемой информации за счет ее предварительной обработки на передающем конце;

9. уменьшение частотного диапазона передаваемого сигнала;

10. использование импульсных и кодированных сигналов вместо аналоговых сигналов интенсивности, использование кодов с обнаружением и исправлением ошибок;

11. использование оптоволоконных линий связи.

23. Опишите типовые процедуры в алгоритме нечеткого вывода.

24. Обоснуйте преимущества построения интеллектуальных датчиков на базе микроконтроллеров.

25. Для чего используются математические модели в системах управления? Какие виды описаний объекта процесса применяются при разработке математических моделей?

26. Каковы этапы развития приводных и исполнительных механизмов МС и особенности каждой ступени интеграции таких механизмов?

27. Какие параметры количественно определяют динамические свойства датчиков? Каким образом можно улучшить эти свойства? Ответ поясните на примере датчика усилия в виде консольной балки с наклеенными тензорезисторами.

С редства измерения могут использоваться в статическом или динамическом режимах работы. В статическом режиме измеряемая величина остается неизменной в процессе измерений или изменяется очень медленно, а в динамическом режиме - изменяется в процессе ее измерения. В соответствии с этим различают статическую и динамическую погрешности. Причиной появления динамической погрешности является инерционность средства измерения. Динамическая погрешность проявляется в запаздывании выходного сигнала датчика по сравнению с измеряемой величиной на его входе (например, при помещении электронного термометра в зону измерения температуры его показания устанавливаются не сразу, а через несколько минут). Важными параметрами, характеризующими динамические свойства средства измерения, являются время преобразования и граничная частота преобразования. Время преобразования – это промежуток времени, по истечении которого (при единичном скачкообразном изменении измеряемой величины) динамическая погрешность становится допустимой. Граничной частотой преобразования называется такая частота изменения входной величины, при которой динамическая погрешность становится допустимой. Большинство датчиков могут быть описаны дифуравнениями 2-го порядка. Если измеряемая величина изменяется с частотой, не превышающей собственную частоту колебаний датчика f₀ (см. рисунок 3.2А), можно считать, что динамическая погрешность датчика отсутствует. Динамическую погрешность датчика можно уменьшить либо увеличив собственную частоту его колебаний (например, взяв более короткую или более толстую балку, на которую наклеены тензорезисторы), либо включив последовательно с датчиком корректирующее звено, частично компенсирующее падение ЛАЧХ датчика.

28. Каковы основные этапы разработки структуры программного обеспечения микропроцессорных СУ? Каким образом математические модели и результаты моделирования управляемого объекта используются при разработке программного обеспечения?

29. Поясните назначение, принцип действия и особенности применения программируемых логических контроллеров. Приведите структуру скана ПЛК. Поясните особенности применения релейных и транзисторных выходов ПЛК.

30. Определите коэффициент передачи усилителя в СУ электроприводом МС с отрицательной обратной связью по скорости, обеспечивающей регулирование скорости электродвигателя в диапазоне D=100 со статизмом 5% при номинальном токе нагрузки Jн = 5,4 А, если используется двигатель типа ПБСТ с

Uн = 110 В; Рн = 0,5 кВт; рад/с; Rя =0,53 Ом; Rэ =1,02 Ом;

Кд = 2,17; Кп = 22,5.

31. Разработайте структурную схему и алгоритм работы системы управления шаговым двигателем на базе контроллера PIC 16F628.

32. Поясните, какие преимущества при передаче широкополосного сигнала на большие расстояния по оптоволоконному кабелю дает использование в качестве источника света лазера (а не, например, мощного светодиода)?

Основная характеристика линии связи - диапазон рабочих частот, обеспечивающих передачу сигналов с допустимым ослаблением.

Проводная связь.Радиосвязь.Оптическая связь. Оптические системы передачи информации используются в тех случаях, когда необходима большая пропускная способность канала связи и его нечувствительность к электромагнитным помехам.Высокая направленность излучения лазера позволяет использовать в оптических системах сравнительно малые мощности, а также обеспечивает повышенную помехозащищенность (невосприимчивость к электромагнитным помехам) и скрытность связи (практически полное исключение возможности незаметного несанкционированного доступа к передаваемой информации).