Название Вид Размер файла

nreferat.ru

Реферат - Принципы организации и функционирования интеллектуальных систем

Содержание

Введение

1.Структурно-функциональные особенности интеллектуальных систем2. Информационно-управляющая деятельностьинтеллектуальных систем3.Принципы организации и функционирования интеллектуальных систем

4.Интеллектуальные системы управления с искусственным интеллектом для комплексов

5. Общаяфункциональная структура интеллектуальных систем управления

6. Архитектураинтеллектуальных систем поведенческого типаСписок,использованной литературы

Введение

Интеллект(от латинского intellectus — познание, понимание, рассудок)- способность мышления, рацио­нальногопознания. Естественным примером интеллек­туальной системы является человек. Задачи,которые решает человек в своей практической деятельности на основе мышления,относятся к интеллектуальным. Дея­тельность человека, особенно интеллектуальная(твор­ческая), еще изучена недостаточно, принципы и методы ее объясняютсянеоднозначно. Многочисленные попытки понять и использовать феномен интеллекта впрактиче­ских целях имеют заманчивые перспективы и становят­ся все более иболее реальными.

Будем называть систему, способнуюрешать интел­лектуальные задачи, интеллектуальной системой (ИС). К числуосновных интеллектуальных задач по аналогии с деятельностью человека можноотнести задачи распо­знавания (образов, ситуаций, сцен, состояний), обучения ипланирования поведения (принятия решений). В этом плане интеллектуальныминазывают еще системы, обла­дающие способностью к обучению и изменению своегоповедения в результате обучения.

В настоящее время развитие науки итехники дос­тигло такого уровня, когда становится уже реальным созданиеискусственного интеллекта, или точнее, моде­лирование (имитация) возможностей испособностей че­ловека, а решение указанных основных задач с помощьюпрограммных и аппаратных средств. Системы ИИ долж­ны воспроизводить функцииестественного интеллекта. Поэтому изучению систем ИИ должно предшествоватьрассмотрение основных свойств и особенностей естест­венного интеллекта длятого, чтобы понять и использо­вать свойства биологических систем для решениятех­нических проблем. Кибернетическое изучение живого помогает раскрыть какобщие законы функционирова­ния сложных систем, так и частные свойства отдельныхорганов и организма в целом с точки зрения происхо­дящих в живых, существахинформационных процессов и процессов управления.

Тысячевековая эволюция живых существпривела к их чрезвычайному усложнению и многоуровневой ие­рархическойорганизации множества включенных друг в друга систем и подсистем. Каждомууровню свойственны свои специфические закономерности информационных процессов,системной организации и процессов управле­ния. Для общего ознакомления скибернетическими свойствами живых, организмов акцентируем внимание

на общих принципах организации, конкретных меха­низмахцелесообразного регулирования и активного взаимодействия с окружающей средой.

1. Структурно-функциональные особенности интеллектуальных систем

Большинство изобретений человека имеет аналогии в природе. При этомоказывается, что основные идеи этих изобретений реализованы в природе более ком­пактно,миниатюрно, надежно и совершенно. Многие исследования обнаружили общностьэтапов развития техники и природы и привели к выводу о целесообраз­ностииспользования в технике аналогов живой приро­ды. Этот вывод имеет особоезначение в работах по соз­данию технических систем с ИИ. Для того, чтобы уста­новитьаналогии между живым интеллектом и техниче­ской системой с ИИ, можно провестинекоторое описа­ние структурных и функциональных особенностей жи­вых илиестественных интеллектуальных систем.

Прежде  всего требует определения  понятие «система». В самом широкомсмысле можно определить, что система-это совокупность взаимодействующих между собой относительно элементарныхструктур или процессов, объединенных в целое выполнением некото­рой общейфункции, несводимой к функциям ее компо­нентов. Признаки системы: онавзаимодействует со сре­дой и другими системами как единое целое, состоит изиерархии подсистем более низких уровней, является подсистемой для систем болеевысокого уровня, сохра­няет общую структуру взаимодействия элементов приизменении внешних условий и внутреннего состояния.

Естественныесистемы различаются по своей сложности и уровню организации. Понятие оборганиза­ции системы предполагает определенное согласование состояний идеятельности ее подсистем и составляющих элементов. Это согласованиедостигается передачей сиг­налов (сообщений) по внутрисистемным связям, а дляподдержания высокого уровня организованности необ­ходимо постоянное общение сокружающим миром. Еще более необходима передача сообщений по внутрисистем­ным имежсистемным связям для формирования и вы­дачи командных сигналов приосуществлении актов управления.

Основнымсвойством естественных ИС является их способность к адаптации при измененииусловий функ­ционирования. Способность к адаптации путем самоор­ганизацииосновывается как на множественности эле­ментов системы и разветвленности связеймежду ними, способствующих возникновению целостности, так и на наличии гибкоговзаимодействия между элементами по типу обратных связей. Существенным признакомсамо­организации является обособление интеллектуальных систем от окружающейсреды.

Функциональной особенностьюобособленной ИС является активное взаимодействие ее со средой. Особен­ности ееструктурной организации определяют направ­ление и объем процессоввзаимодействия системы со средой. Наличие чрезвычайно разнообразных обратныхсвязей на всех уровнях влияет на интенсивность процес­сов взаимодействия.Отрицательные обратные связи обеспечивают стабильность функций системы, постоян­ствоее параметров, устойчивость к внешним воздейст­виям, Положительные обратныесвязи играют роль уси­лителей процессов и имеют особое значение для разви­тия,накопления изменений. Наличие отрицательных и положительных обратных связейприводит к возможно­сти развития по некоторому закону (программе) с ис­пользованиемвнешних ресурсов.

Сложнаядинамическая (устойчиво неравновесная) организация целенаправленнойфункционирующей сис­темы требует непрерывного управления, без которого сис­темане может существовать. Особенность этого управле­ния состоит в том, что онослужит причиной ряда процес­сов в самой системе и прежде всего процессоввнутренне­го саморегулирования по законам организации системы.

Основнымифункциями самоорганизующейся системы являются функции информационногообеспечения (ФИО), материального и энергетического обеспечения (ФМЭО),перемещения (ФП) и адаптации (ФА). С точки зрения реализации НИ наибольшийинтерес представля­ет ФИО, которая является всеобъемлющей. Информациянеобходима для контроля внутреннего состояния систе­мы, распознавания ситуаций,решения задачи обеспече­ния функционирования, выявления закономерностей иобучения. Для последующего использования получаемая информация должнаразделяться и откладываться в со­ответствующие системы памяти (оперативные идолго­временные).

Функциюинформационного обеспечения реализуют органы контроля окружающей среды, навигациии ана­лиза объектов. Обработка сигналов этих органов инфор­мации осуществляетсяособым управляющим узлом (УУ) (устройством), в котором производится анализполучен­ных данных, их обработка и обобщение, оценка ситуа­ции и принятиерешения. Одновременно ведется обога­щение памяти, накопление опыта, обучение иотработка логических методов обработки информации.

2. Информационно-управляющая деятельность интеллектуальных систем

Информационно-управляющая деятельность интел­лектуальных систем являетсяопределяющей и подчиня­ет себе все ее функции. Эта деятельность, осуществляе­маяособым управляющим узлом, обеспечивает адекват­ное реагирование системы наменяющиеся условия и воздействия внешней среды в процессе достижения це­лейуправления.

Цель- это некий будущий результат деятельностисистемы, достигаемый с помощью принципа обратной связи. При этом исходныеусловия можно интерпрети­ровать как подцели достигаемой цели. Причем в некото­рыхслучаях цель автоматически достигается при вы­полнении подцелей, а в другихслучаях для этого тре­буются еще дополнительные усилия (действия) системы,реализуемые управляющим узлом с помощью команд (актов) управления.

Элементарный актуправления состоит в целесооб­разном ответе на данное внешнее воздействие.Элемен­тарный акт управления называют рефлексом. Рефлекс-реакция на возмущение- Более точное толкование реф­лекса включаети обратную связь между результатом ответного действия (результатом реакции) иформирова­нием новых управляющих команд.

Существуют двавида рефлексов- безусловные и условные.Безусловные рефлексы являются врожденны­ми и передаются по наследству. Ихотличительной чер­той является автоматическая, стереотипная форма про­явления.Биологическая роль безусловных рефлексов заключается в обеспечении приспособленийорганизма к строго постоянным условиям.

Условные рефлексывырабатываются в процессе индивидуального развития организма. Их характеризу­ютосновные признаки.

            Приобретаемость. Условныерефлексы вырабаты­ваются у отдельных индивидуумов по мере необходимо­сти, онине являются обязательными для всех организ­мов данного вида.

Изменчивость. Условный рефлекс вырабатывается,если есть в нем необходимость, и угасает (затормажи­вается), если необходимостьв нем отпадает.

Сигнальность.Это важнейший признак условногорефлекса, он заключается в «предупредительной» дея­тельностиорганизма.

В жизни сложногоорганизма рефлекс- существен­нейшеенервное явление при помощи которого устанав­ливается постоянное и точноесоотношение частей орга­низма между собой и отношение целого организма к ок­ружающимусловиям.

Все бесчисленноемножество рефлексов можно раз­делить на отдельные группы по тому или другомупризнаку. Можно выделять группы рефлексов по их биологическому значению, порасположению рецепторов, по характеру ответной реакции, по длительности протека­нияв зависимости от того, какой отдел мозга участвует в их осуществления. Всоответствии с характером внеш­него воздействия в организме человека определяютне­сколько уровней рефлекторного управления: элементар­ные безусловныерефлексы, координационные безуслов­ные рефлексы, интегративные безусловныерефлексы, сложнейшие безусловные рефлексы, элементарные ус­ловные рефлексы исложные формы целенаправленной деятельности. Рассмотрим их подробнее.

Элементарныебезусловные рефлексы-это простые ответные реакции. Онивызываются локальным действи­ем контактных раздражителей (воздействий). Роль об­ратныхсвязей, преимущественно отрицательных, в осуществлении и коррекции такихэлементарных реф­лексов еще невелика и они реализуются по жестко де­терминированнойпрограмме. Отсюда их крайняя сте­пень автоматизма и стереотипности. В понятияхтеории автоматического регулирования-это одноконтурные системы первого порядка с преобладанием регулирова­ния повозмущению, регулирование по отклонению вно­сит лишь некоторые коррективы вответные реакции.

Координационныебезусловные рефлексы-его акты согласованной деятельностив некоторых пределах структуры системы. В понятиях теории автоматическогорегулирования это, по крайней мере, двухконтурная система с комбинированнымрегулированием как по возмущению, так и по отклонению. Координационные рефлексыдают согласованную реакцию на несколько простых разнородных локальныхвоздействий.

Интегративныебезусловные рефлексыпредстав­ляют собой синтез координационных рефлексов вместе со структурнымобеспечением в комплексные реакции определенного значения. В понятиях теорииавтомати­ческого регулирования это многоконтурные системы, работающие главнымобразом на поддержание постоян­ных значений основных регулируемых величин, т.е.системы стабилизации, обеспечивающие уравновешен­ность (устойчивость) системы.Роль интегративных реф­лексов в приспособительной деятельности биологическихсистем исключительно велика. Она означает переход от локальных реакций системык ответам как целого обра­зования, что может рассматриваться простейшими ак­тамицелесообразного поведения. Интегративные реф­лексы означают переход ккачественно новой форме ре­акций на внешние воздействия.

Сложнейшиебезусловные рефлексыорганизуются по некоторым программам из интегратинных рефлексов и составляютнекоторые стереотипы действий (поведе­ния). Характерной чертой таких рефлексовявляется то, что они образуются последовательностью интегративных реакций, прикоторой завершение предыдущей стиму­лирует начало следующей. Сформировавшеесятаким образом поведение определяется как многоконтурное ие­рархическоерегулирование высокого порядка, в кото­ром особое значение приобретаетсостояние системы, на­правляющее стабилизирующую деятельность на уравно­вешиваниесистемы с внешней средой.

Элементарныеусловные рефлексысостоят в вызы­вании интегративных рефлексов или инстинктивных реакций посигналам ранее безразличных раздражите­лей, которые приобретают сигнальноезначение в ре­зультате индивидуального опыта системы. Принципи­альным отличиемусловно-рефлекторного уровня управ­ления от всех предыдущих является то, что онне суще­ствует заранее, а образуется индивидуально у каждой системы. Условныйрефлекс- ярко выраженная самоор­ганизующаясясистема. Специфическая особенность об­ратных связей системы условных рефлексовзаключает­ся в том, что они устанавливаются от результатов дейст­вия ксигнальному значению условного раздражителя с положительным знаком- через подкрепление и с отри­цательным знаком- через неподкрепление. Действенность сигналаопределяется ступенью вероятности появ­ления вслед за ним безусловногораздражителя. Все это делает условные рефлексы наиболее гибким,самоорга-низующимся и самопрограммирующимся механизмом управления. В понятияхтеории автоматического управ­ления это система с самонастройкой программы. Впси­хическом плане элементарные условные рефлексы дают начало ассоциативномуспособу мышления.

Сложные формыцеленаправленной деятельности как уровень управления возникают в результате инте­грацииэлементарных условных рефлексов и используют аналитика-синтетические механизмыабстрагирования (отвлечения от безусловных подкреплений) сигналов, Это даетвозможность более полного и целостного вос­приятия окружающего и болееадекватного прогнозиро­вания и программирования поведения. На этом уровнеуправления основным объектом ответных реакций ста­новится не окружающая среда,а сам управляющий ап­парат (устройство) и выработка новых систем самопро­граммированиячасто не проявляется внешними реак­циями. Сложные формы деятельностиосуществляются с участием многоярусной системы положительных и от­рицательныхобратных связей между механизмами вос­приятия и принятия решения за счетсигналов согласо­вания и рассогласования, сложившихся из прошлого опыта моделейвнешнего мира и программ поведения с фактическим состоянием окружающей среды.

В понятиях теория автоматическогоуправления сложные формы деятельности являются наиболее совер­шеннымисамонастраивающимися системами, которые осуществляют свою оптимизацию путемперестройки организации, т. е. являются самоорганизующимися. Наиболее сложныеформы высшей деятельности связаны с синтетическими процессами, на основекоторых воз­никают целостные субъективные образы внешнего мира, формируютсяцеленаправленные программы поведения.

Важнойособенностью биологических систем явля­ется целенаправленность ихфункционирования. Если такая система функционирует, то это прежде всего озна­чает,что в ней решается конечное множество задач управления и с определеннойточностью обеспечивается достижение целей управления. Под целью управления приэтом обычно понимается не просто желаемый результат, а в каком-то смыслеоптимальный.

Необходимость достижения той или инойцели в конкретных условиях может быть сформулирована как задача преодолениянекоторого противоречия. Управле­ние тесно связано с информационнымипроцессами. Так как акт управления осуществляется воздействием на объектуправления, то выбор этого воздействия среди множества возможных происходит наоснове информа­ции об их свойствах, а само воздействие обычно имеет характерпускового или задерживающего сигнала. Спо­собность системы к саморегуляции,обеспечивающей адаптивное целесообразное управление, определяется действием обратных связей.

3. Принципы организации и функционированияинтеллектуальных систем

ИзучениеИС позволяет сделать попытку сформулировать общие принципы, которые, не являясьдоста­точными, отражают необходимые моменты в их органи­зации ифункционировании.

<span Times New Roman"">1.<span Times New Roman"">     

Принципсистемности.

ИС могут быть только сложнымисистемами, функции всех их элементов должны быть согласованы с назначениемсистемы и их местом в них, а также между собой. Именно взаимная согласованностьи взаимозависимость элементов системы обеспечивает целостность и функциональнуюполноту наиболее совершенных ИС. Это может также приводить к структурной илифункциональной избыточности.

<span Times New Roman"">2.<span Times New Roman"">     

Принципиерархичности.

Сложная иерархиче­ская многоуровневая структура являетсяосновой для одновременного протекания множества процессов. Уровеньнеординарности итогового процесса зависит от ха­рактера совокупностисоставляющих процессов. Слож­ная совокупность процессов принципиально характери­зуетсяи сложной структурой. Таким образом, в некото­ром роде уровень сложностисистемы и ее структуры оп­ределяет и потенциальный уровень ее интеллекта.

<span Times New Roman"">3.<span Times New Roman"">     

Принципмногоканальности.

Получение согласо­ванных с обстоятельствами и средойрешений различ­ных задач основывается на информации, получаемой извне по многимканалам и работающим на различных физических принципах, что позволяет иметьразнород­ную характеристику специальных свойств объектов сре­ды.Комплексирование информационных данных позво­ляет иметь более объективную иболее полную картину о происходящих процессах. Разнородная информация, по­лучаемаяпо разным каналам, обрабатывается примерно за одинаковое минимально возможноевремя. Нагляд­ность этого принципа характеризует следующий факт. Человекспособен решать различного рода опознаватель­ные задачи за доли секунды, азрительная система чело­века несомненно работает как параллельное устройство,Параллельная обработка как зрительной информации, так и поступающей в мозгчеловека от других органов чувств, дозволяет реализовать инвариантное опознава­ниеобъектов.

<span Times New Roman"">4.<span Times New Roman"">     

Принципадаптивности.

Принцип адаптивности предполагает наличие у ИСпотенциальных возможно­стей улучшения работы: в условиях априорной и текущейнеопределенности на основе обучения на опыте. Особая роль при этом принадлежитэлементам системы- реализующим память. Адаптация может происходить путемсамонастройки, самообучения или самоорганиза­ции. Адаптивные способности могутопределяться объе­мом информации (памятью) системы и потребными за­тратамивремени на ее обработку.

<span Times New Roman"">5.<span Times New Roman"">     

Принципвзаимности функциональных и структурных свойств.

Естественно, что назначение системы, ее функциинепосредственно влияют на структуру сис­темы. Однако и структура системы должнаспособство­вать наиболее полной реализации функций.

<span Times New Roman"">6.<span Times New Roman"">     

Принцип эквифивальности.

Этот принцип пред­полагает наличие у системы множествавзаимосогласо­ванных последовательностей реакций на определенные внешниевоздействия, приводящих к одному и тому же практически полезному результату.

<span Times New Roman"">7.<span Times New Roman"">     

Принципдинамического самопрограммирования.

Самая замечательная особенность нервного управления,наиболее ярко выраженная в целеустремленном творче­ском разуме человека,заключается в способности на ос­новании разнообразного анализа ситуациймгновенно создавать сложнейшие и вместе с тем оптимальные про­граммыдеятельности, которые непрерывно перестраи­ваются и корректируются с учетомпрошлых событий, текущей действительности и прогнозирования будущего. Ужеобразование элементарного условного рефлекса представляет собой выработку новойпрограммы поведе­ния. Усложнение условных рефлексов означает все более высокуюсамоорганизацию поведенческих программ. В кибернетическом смысле основнаяфункция высшей нервной деятельности состоит в динамическом поведениисамопрограммирования.

4. Интеллектуальные системы управления сискусственным интеллектом для комплексов

Всевозможныесложные научно-технические и про­изводственные устройства и установки,автоматические или функционирующие путем взаимодействия с челове­ком(автоматизированные), предназначенные для реше­ния специальных задач, будемназывать техническими комплексами (ТК).

Целенаправленноефункционирование любого ТК предполагает некоторое управление им. Основным зве­номсистемы управления (СУ) большинства современных ТК в настоящее время являетсячеловек, так как за ним остается право принятия решений. Научно-техническийпрогресс, все более усложняя ТК и расширяя перечень решаемых ими задач,выдвинул на передний план та­кие потребные возможности, для выполнения которыхпревышаются естественные возможности человека. Ис­тория развития техникипоказывает, что прогресс в ука­занных условиях можно обеспечить на путиповышения степени автоматизации ТК, т.е. при условии переложе­ния части (или вcex) функций с человека на технику.Только таким образом можно исключить несоответствие между потребными ирасполагаемыми человеком воз­можностями. Однако при этом возникают принципиаль­ныетрудности, связанные с необходимостью автомати­зации интеллектуальных функцийчеловека, условия реализации которых являются в значительной степенинеопределенными, неполными и противоречивыми, быстроизменяющимися. Отсюдаследует, что дальнейший прогресс в развитии техники ставит вопрос об использо­ванииИИ в сложных ТК, т.е. рассмотрении вопроса о создании ИСУ для ТК.

Использование ИСУв ТК связано также еще с од­ним чрезвычайно важным обстоятельством. На основеИИ возможно создание обучаемых СУ, которые позволят наиболее полно использоватьпотенциальные возможно­сти ТК и нивелировать индивидуальные особенностиоператоров. Акцент на обучении СУ позволит накапли­вать необходимый опыт,исключать повторение неблаго­приятных ситуаций и решений, исключать влияние ин­дивидуальныхособенностей операторов на конечный ре­зультат функционирования ТК. Главнымусловием peaлизации таких систем является их способность автома­тически приобретать(извлекать), улучшать и расширять запас знаний.

ТК с ИИ- это сложные системы, в основе функ­ционированиякоторых лежит использование свойств особого управляющего устройства, способногораспозна­вать объекты и оценивать обстановку, обучаться, фор­мировать цели ипланировать последовательность дейст­вий по достижению поставленных целей. ТК сИИ будут системами с очень высоким уровнем автоматизации и способностьювыполнять сложные функции. Однако ис­пользование ИИ в ТК не устраняет человекаиз контура управления системы. Меняется лишь положение чело­века в контуреуправления. При любом уровне совер­шенства ИСУ они только реализуют замыселчеловека, управленческая деятельность которого переходит на бо­лее высокийинтеллектуальный уровень.

5. Общая функциональная структураинтеллектуальных систем управления

В общем случае свойства ИСУ должны быть согла­сованы с назначением ихарактеристиками объектов управления (ОУ), под которыми будем понимать ТК.Исходным моментом такого согласования является фор­мулировка задачи управления.Остановимся на рассмот­рении функциональной структуры ИСУ, полагая, чтопредставление о ТК дают решаемые ими задачи.

Любаяинтеллектуальная деятельность опирается на знания о предметной области, вкоторой ставятся и решаются задачи. Предметной (или проблемной) обла­стьюобычно называют совокупность взаимосвязанных сведений, необходимых для решенияданной задачи или определенной совокупности задач. Знания о предметной областивключают описания объектов, явлений, фактов, а также отношений между ними и составляютбазу зна­ний(Б3) и базу данных (БД). БЗсодержит сведения, от­ражающие закономерности данной предметной области ипозволяющие прогнозировать и выводить новые фак­ты. не отраженные в ней. БДсодержит информацию, имеющую локальный или текущий характер, являю­щуюсявспомогательной. Иногда БЗ и БД рассматрива­ются как подсистемыинтеллектуального банка данных. При этом в него еще включают блок обучения,состоя­щий из блока распознавания ситуаций (образов) (БРО) и блока формированияпонятий (БФП). Однако БЗ была бы не полной, если бы не содержала знания о целяхфункционирования системы {Ф1,..., Фп}.

ИСУ должнаосуществлять информационное мо­делирование процесса достижения цели Ф^, чтоневоз­можно без построения модели обстановки.

На основевышеизложенного можно представить функциональную структуру ИСУ в виде,приведенном на рис.1

<div v:shape="_x0000_s1026">

Блок моделирования  обстановки

Априорный              реальный

Блок принятия решений

Блок выработки управляющих воздействий

Исполнение управляющих воздействий

Знания о целях

БД                  БЗ

Блок формирования понятий

Блок распознования ситуаций (образов)

     Датчики

Внешняя среда

        (предметная оьласть)

Рис.1

Функциональные иинтеллектуальные возможности ИСУ определяются соответствующим алгоритмическим(программным) и аппаратным обеспечением. Способ­ность ИСУ решатьинтеллектуальные задачи может ос­новываться как на обучении на опыте, так и насово­купности формализованных методов. В соответствии со структурой,представленной на рис.1, ИСУ должна рас­познавать ситуации (образы), обучатьсяпонятиям и на­выкам, формировать модель обстановки (решаемой зада­чи),планировать поведение (принимать решение), опре­делять управляющие воздействияи осуществлять их об­работку. Возможности практической реализации ИСУ длярешения различных задач зависят, прежде всего от производительности современныхЭВМ. Характерной чертой уже действующих систем, ориентированных в основном наобработку знаний, является высокий уро­вень развития их программногообеспечения. С его по­мощью решаются задачи обработки символьной инфор­мации,перебора решений вычислительных и логиче­ских задач и построения логическоговывода решения с использованием заданных систем правил, работы с БД,высокоскоростной обработки изображений, речи и дру­гие. В настоящее время приразработке ИС все чаще ис­пользуются специализированные аппаратные средства.реализующие в той или иной степени их основные функции. Практической основойреализации ИС являет­ся возможность имитации их свойств на ЭВМ.

6. Архитектура интеллектуальных системповеденческого типа

Специфика решаемых ТК задач определяет перечень функций ее СУ, аследовательно, и особенности ар­хитектуры. Даже при решении сравнительнопростых в интеллектуальном отношении задач перемещения в про­странстве ТКдолжен обладать довольно развитой архи­тектурой ИСУ. ИСУ должна восприниматьокружающую обстановку, видеть цель и препятствия. Еще до начала движения онадолжна определить оптимальную траек­торию движения и реализовывать ее постоянноучиты­вая происходящие во внешней среде изменения. При больших скоростяхперемещения цели (или препятст­вия) требования к ИСУ еще более усиливаются. ВИСУ, решающих задачи, подобные указанной выше, исполь­зуется бионическийподход, основанный на выявлении и использовании аналогий в реализацииповеденческих актов живыми организмами. Поведенческие акты свой­ственны нетолько мозгу человека, но и мозгу более про­стых организмов. Известно, чтоповеденческие акты че­ловека реализуются не столько на сознательном, сколь­кона подсознательном уровне. Реализация поведенче­ских актов может осуществлятьсяпрежде всего на реф­лекторном уровне. Далее может учитываться изменение внешнихусловий.

Согласносовременным представлениям, механиз­мы, обеспечивающие целенаправленноеактивное пове­дение некоторого объекта, должны иметь определенную операционнуюструктуру, состоящую из последователь­ности ряда процессов, а именно восприятияинформации (афферентного синтеза), принятия решения, формирова­ния программыдействия и ее выполнения. В свою оче­редь афферентный синтез (АС) включаетобработку ин­формации о состоянии внешней среды, о положении в этой средеобъекта и его состоянии, а также о тех целях, которые объект преследует вданной ситуации. Приня­тие решения заключается в выборе действия, направ­ленногона достижение цели в сложившихся условиях. Формирование программы будущегодействия осуществ­ляется одновременно с формированием так называемого акцепторарезультата действия, т. е. параметров того состояния, в котором объект окажетсяпосле выполнения программы. Выполнение программы, в свою оче­редь, происходитпри одновременном определении пара­метров нового состояния и сравнении этихпараметров с акцептором результата действия (обратная афферентация). В общемслучае афферентный синтез осуществля­ется не только на основе обстановочнойафферентации, но и на основе информации, содержащейся в памяти объекта опредыдущем опыте. Под обстановочной афферентацией понимается совокупностьвоздействий, ото­бражающих условия, в которых находится объект. Ус­ловные илибезусловные воздействия, имеющие для объ­екта смысл команд к действию, образуютпусковую афферентацию.

Цель есть тотсистемообразующий фактор, который формирует функциональную систему, выделяетнеобхо­димые степени свободы объекта и компенсирует их из­быточность. Болеетого, цель определяет адекватность и избирательность восприятия и отражениявнешнего ми­ра. Функциональная система поведенческого типа чело­векареализуется на нейронных сетях мозга. Аналогом нейронных сетей мозга могутявляться аналитически или физически реализованные нейронододобные струк­туры(НПС). Работу НПС можно представить следую­щим образом. Информация о внешнейсреде в виде об­становочной и пусковой афферентации поступает на НПС,воспроизводящую афферентный синтез. На НПС происходит обработка поступившейинформации. В ре­зультате этой обработки принимается решение о харак­теребудущего действия и формируется программа ее выполнения. Само действиереализуется аффекторными (исполнительными) подсистемами, а обратные связи ис­пользуютсядля его коррекции. Такая НПС позволяет воспроизводить поведенческие акты, т. е.обладает уп­рощенным интеллектом.

На основе рефлекторногопредставления и с учетом принципов организации и функционирования естествен­ногоинтеллекта можно предположить более общее опи­сание структуры ИСУповеденческого типа. ИС прежде всего должна содержать сенсорную подсистему(СП). Ка­ждому классу задач должны соответствовать свои дат­чики (рецепторы),что соответствует принципу избира­тельности восприятия в функциональной системеИС. Уровень детальности восприятия влияет также на воз­можности решения задач.СП реализует акты, анало­гичные элементарным безусловным рефлексам и коор­динационнымбезусловным рефлексам. Далее следует включить в ИИ структуру афферентногосинтеза (САС). Связь между СП и САС обеспечивает установление вза­имнооднозначногосоответствия между участками внеш­ней среды и отражающими их элементами САС.САС реализует акты, аналогичные интегративным безуслов­ным рефлексам. Исходя изхарактера решаемых задач, следует потребовать, чтобы структура связей междуэлементами сети САС отражала основные физические свойства рабочего пространства- его однородность и изо­тропность, а всостояниях элементов САС отражались бы текущие свойства участков внешней среды,например, их свойства быть целью, препятствием или свободным уча­стком длядвижения. Элемент САС должен возбуждать­ся и генерировать сигналы возбуждения,если соответст­вующий ему участок внешней среды является целевым, выключаться иблокировать сигналы возбуждения, если такой учас

www.ronl.ru

рефераты по предмету Теория систем управления

← Предыдущая 1 2 Следующая → © РОНЛ.ру 2000-2018 По всем вопросам обращаться на эту почту: [email protected]   Обращение к пользователям

www.ronl.ru

Реферат - Математичекие основы теории систем: анализ сигнального графа и синтез комбинационных схем

Министерство специального и высшего образованияХабаровский государственный технический университетКафедра «Автоматикаи системотехника» Курсовой проектПо предмету: Математическиеосновы теории системВыполнил студент  гр. УИТС-21у: Д.И. Хоменко Проверил: В.В. Воронин г. Хабаровск2003 г. ЗАДАНИЕ

Курсовая работа состоит из 3-х разделов, вкаждом из которых рассматривается отдельный параграф дисциплины «Математическиеосновы теории систем».

В первом разделе даннойкурсовой работы требуется, имея схему системы автоматического управленияперейти к сигнальному графу, определить его структурные характеристики ипроанализировать с помощью формулы Мезона.

Во втором разделе необходиморассмотреть логические функции, способы их задания и синтез комбинационныхсхем.

В третьем разделе необходимосинтезировать автомат с памятью на основе содержательного описания алгоритмаего работы.

РЕФЕРАТ

Курсоваяработа содержит пояснительную записку состоящую из трех разделов на 38 листахформата А4, включающую 6 рисунков, 2 схемы, 14 таблиц и 3 литературных источника.

Объектомисследования являются система автоматического управления и логическоеустройство, в данном случае семисегментный элемент.

Цель работысостоит в том чтобы закрепить на практике теоретический материал курса лекций«Математические основы теории систем» и приобретение навыков по анализу системи синтезу схем.

Ключевыеслова: структурная схема, сигнальный граф, путь, конур, САУ, синтез схем,конечный автомат, логическая функция, таблица истинности, минимизация, картыКарно, неопределенные коэффициенты, первичные импликаты, минитермы,функциональная схема, триггер.

Содержание

 TOC o «1-3» h z u ЗАДАНИЕ  PAGEREF _Toc60127684 h 2<span Times New Roman",«serif»;text-transform: uppercase">

РЕФЕРАТ  PAGEREF _Toc60127685 h 3<span Times New Roman",«serif»;text-transform: uppercase">

Содержание  PAGEREF _Toc60127686 h 4<span Times New Roman",«serif»;text-transform: uppercase">

Задание 1.Анализ сигнальных графов.PAGEREF_Toc60127687 h 7<span Times New Roman",«serif»;text-transform: uppercase">

1.1<span Times New Roman",«serif»;color:windowtext;font-weight:normal; text-decoration:none;text-underline:none">        Выборварианта задания  PAGEREF _Toc60127688 h 7

1.2Преобразование структурной схемы к сигнальному графу  PAGEREF _Toc60127689 h 7<span Times New Roman",«serif»;font-weight:normal">

1.2Преобразование структурной схемы к сигнальному графу  PAGEREF _Toc60127690 h 8<span Times New Roman",«serif»;font-weight:normal">

1.4 Матрицаинцидентности  PAGEREF _Toc60127691 h 9<span Times New Roman",«serif»;font-weight:normal">

1.5Построение бинарных матриц путей выхода для заданных контрольных точек.PAGEREF _Toc60127692 h 10<span Times New Roman",«serif»;font-weight:normal">

1.6 Бинарнаяматрица контуров.PAGEREF _Toc60127693 h 12<span Times New Roman",«serif»;font-weight:normal">

1.7 Матрица касания контуров  PAGEREF _Toc60127694 h 12<span Times New Roman",«serif»;font-weight:normal">

1. 8 Матрица касания путей иконтуров  PAGEREF _Toc60127695 h 13<span Times New Roman",«serif»;font-weight:normal">

1.9 ФормулаМэзона для заданного сигнального графа  PAGEREF _Toc60127696 h 13<span Times New Roman",«serif»;font-weight:normal">

Задание 2.Синтез комбинационных схем.PAGEREF _Toc60127706 h 16<span Times New Roman",«serif»;text-transform: uppercase">

2.1Определение поставленной задачи  PAGEREF _Toc60127707 h 16<span Times New Roman",«serif»;font-weight:normal">

2.2Составление логических функций  PAGEREF _Toc60127708 h 19<span Times New Roman",«serif»;font-weight:normal">

<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">2.2.1 Дизъюнктивная совершеннаянормальная форма  PAGEREF_Toc60127709 h 19

<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">2.2.2 Конъюнктивная совершеннаянормальная форма  PAGEREF_Toc60127710 h 20

2.3Минимизация булевых функций  PAGEREF _Toc60127711 h 20<span Times New Roman",«serif»;font-weight:normal">

<span Arial",«sans-serif»">2.3.1Пример минимизации методом неопределенных коэффициентов  PAGEREF _Toc60127712 h 21

<span Arial",«sans-serif»">2.3.2Пример минимизации методом Квайна-Мак-Класки.PAGEREF _Toc60127713 h 22

<span Arial",«sans-serif»">2.3.3Пример минимизации картами Карно   PAGEREF _Toc60127714 h 25

2.4Совместная минимизация всех функций  PAGEREF _Toc60127715 h 26<span Times New Roman",«serif»;font-weight:normal">

2.5 ЗаписьМДНФ в заданном базисе  PAGEREF _Toc60127716 h 27<span Times New Roman",«serif»;font-weight:normal">

3. СИНТЕЗАВТОМАТА С ПАМЯТЬЮ   PAGEREF _Toc60127717 h 29<span Times New Roman",«serif»;text-transform: uppercase">

3.1 Анализтехнического задания  PAGEREF _Toc60127718 h 29<span Times New Roman",«serif»;font-weight:normal">

3.2Формальное описание абстрактного автомата  PAGEREF _Toc60127719 h 29<span Times New Roman",«serif»;font-weight:normal">

3.3Кодирование входных и выходных символов состояний  PAGEREF _Toc60127720 h 31<span Times New Roman",«serif»;font-weight:normal">

3.4Обобщенная функциональная схема структурного автомата  PAGEREF _Toc60127721 h 32<span Times New Roman",«serif»;font-weight:normal">

3.5Каноническая система логических уравнений  PAGEREF _Toc60127722 h 33<span Times New Roman",«serif»;font-weight:normal">

3.6Минимизация логических функций  PAGEREF _Toc60127723 h 35<span Times New Roman",«serif»;font-weight:normal">

3.7 Построениекомбинационной схемы автомата с памятью   PAGEREF _Toc60127724 h 35<span Times New Roman",«serif»;text-transform: uppercase">

ЗАКЛЮЧЕНИЕ  PAGEREF _Toc60127725 h 36<span Times New Roman",«serif»;text-transform: uppercase">

Приложение 1.PAGEREF _Toc60127726 h 37<span Times New Roman",«serif»;text-transform: uppercase">

Приложение 2  PAGEREF _Toc60127727 h 38<span Times New Roman",«serif»;text-transform: uppercase">

Задание 1. Анализ сигнальных графов.1.1      Выбор вариантазадания

Из букв, образующих фамилию,имя и отчество получим три множества А, В и С символов русского алфавита.

Хоменко А={Х, О, М, Е, Н, К}

Дмитрий B={Д, М, И,Т, Р, Й}

C={И, Г, О, Р, Е, В, Ч}

Произведя соответствующиеоперации над множествами получим их мощности. Из таблицы возможных мощностейметодического указания выбираются типы соответствующих полученным результатамтипы соединений элементов в системе автоматического управления.

<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type: symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">½

AÈB½=½{ Х, О, М, Е, Н, К, Д, И, Т, Р, Й }½=11

<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">½

( AÈB)ÇС½=½{Е, И, О, Р}½=4

<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">½

CA½=½{И, Г, Р, В, Ч}½=5

<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">½

AÈB½=½UAÈB½=33-11=22

Пополученным результатам построим схему автоматического управления системой.

W1

W2

W5

W6

W7

W8

W4

W3

x

x1

x2

x3

x4

x5

x6

x8

x9

x

x10

y

x11

x12

x13

x7

Рисунок 1.1.1

1.2 Преобразование структурной схемы к сигнальномуграфу

Графпрохождения сигнала G=<x, <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language: EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">q

>, где Х – множество вершин, q — множество дуг, имеетследующие особенности.

1.<span Times New Roman"">    

Каждой вершине графа xiÎXставится всоответствие одна переменная структурной схемы (обозначение переменных сигналовприведено на рисунке 1.1).

2.<span Times New Roman"">    

Каждой дуге (xi, xj)ÎXпоставлена в соответствие  передаточная функция одного из блоковструктурной схемы.

3.<span Times New Roman"">    

Если из вершины исходит несколько дуг, то для нихвходная величина общая. Это устраняет в графе точки разветвления.

4.<span Times New Roman"">    

Если в вершину входит несколько ребер, тосоответствующая этой вершине переменная равна сумме входных сигналов. Этоделает не нужным использование в графе сумматоров.

Учитывая перечисленныеособенности перехода от структурной схемы к сигнальному графу, перейдем отсхемы рис. 1.1 к соответствующему сигнальному графу (см. рис. 1.2).

<div v:shape="_x0000_s4185">

Рисунок 1.2.1

X

x1

x2

x3

x4

x5

x8

x9

x6

x7

x10

Y

x11

x12

x13

w1

w5

w6

w2

w7

w8

w4

w3

u9

u10

u11

u12

u15

u16

u13

u17

u18

u19

u20

u14

Вершиныотмеченные серым цветом – это заданные контрольные точки. 1.3Матрица смежности

Матицей смежности графа G называетсяматрица R=[rij] размером nxn, где n – число вершин графа, в которой

<img src="/cache/referats/16123/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1025">

<span Arial CYR",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

<span Arial CYR",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">x

<span Arial CYR",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">x1

<span Arial CYR",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">x2

<span Arial CYR",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">x3

<span Arial CYR",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">x4

<span Arial CYR",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">x5

<span Arial CYR",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">x6

<span Arial CYR",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">x7

<span Arial CYR",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">x8

<span Arial CYR",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">x9

<span Arial CYR",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">x10

<span Arial CYR",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">x11

<span Arial CYR",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">x12

<span Arial CYR",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">x13

<span Arial CYR",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">y

<span Arial CYR",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">x

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">1

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">x1

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">1

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">1

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">x2

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">1

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">x3

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">1

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">x4

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">1

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">1

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">1

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">x5

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">1

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">x6

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">1

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">x7

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">1

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">1

<span Arial CYR",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">x8

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">1

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">x9

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">1

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">x10

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

<span Arial CYR",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0

www.ronl.ru

 

Начальная

Windows Commander

Far
WinNavigator
Frigate
Norton Commander
WinNC
Dos Navigator
Servant Salamander
Turbo Browser

Winamp, Skins, Plugins
Необходимые Утилиты
Текстовые редакторы
Юмор

File managers and best utilites

Реферат: Принципы организации и функционирования интеллектуальных систем. Основы теории систем и управления реферат


Реферат - Основы автоматики и управления

МОСКОВСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ    

РАДИОТЕХНИКИ,ЭЛЕКТРОНИКИ И АВТОМАТИКИ

(ТЕХНИЧЕСКИЙУНИВЕРСИТЕТ)

ОСHОВЫАВТОМАТИКИ И УПРАВЛЕHИЯ

РЕФЕРАТ

Использование персонального компьютерафирмы IBMдля сбора и обработки данных  вгазовой хроматографии.

СТУДЕHТ:   Кормилкин А.А.

ГРУППА:     210100

Ф-Т:               ЭИ и УС

1998 год

 Основным критерием для сбора данных в газовой хроматографии являетсяспособность устройства измерять выходной сигнал хроматографа при относительновысоких скоростях следования временных дискрет. Дополнительнымусловием обработки данных в газовой хроматографии (далее потексту ГХ) является необходимость осуществления простогосбора и обработки данных при проведении сложных разделений. Последние достиженияв области вычислительной техники способствовали появлению различных устройств,существенно облегчающих сбор и анализ данных ГХ. В данной статье описан опытприменения персонального компьютера (ПК) для сбора и обработки данныхв газовой хроматографии.

 Для начала немного теории. Газовая хроматография — это метод определениякачественного и количественного состава вещества, основанный на разделениипробы на составляющие компоненты. При этом ГХ в отличии от других методованализа вещества (масс-спектрография, рентгенография, инфракраснаяспектроскопия и др.) обладает таким отрицательным качеством как деструктивностьвводимой пробы. Hо благодаря этому фактору данный метод позволяет производитьанализ вещества, состоящего из трудноразделяемых компонентов. В ГХ разделениевещества происходит при нагревании пробы в течение определенного времени, приэтом разделение пробы на индивидуальные компоненты достигается в соответствии судерживанием каждого компонента хроматографической колонкой. Время, необходимоедля элюирования компонента из колонки определяет так называемое времяудерживания, которое для всех компонентов анализируемого вещества разное, врезультате чего становится возможным проведение качественного анализа. Выходвещества определяется детектором, который генерирует изменение тока илинапряжения пропорционально количеству выхода. В ГХ каждому выходу соответствуетсвой пик (рис. 1).

<img src="/cache/referats/3428/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1026">

 рис. 1 Пример хроматограммы.

В дальнейшем нас будут интересоватьследующие термины и обозначения:

а) начало и конец пика — соответственно начало и конец выхода компонента из пробы;

б) вершина пика — максимум выходавещества;

в) высота пика — максимальныйуровень сигнала в данном выходе;

г) площадь пика;

д) ширина пика у основания — расстояниемежду началом и концом пика.

 Для проведения качественного анализанеобходимо определить количество пиков и время начала, конца и вершины каждого.При количественном анализе нам также будет необходимо найти ширину у основанияили площадь пика (использование площади пика дает более точные результаты).Определение площади пика есть процесс интегрирования выходного сигнала повремени. Для регистрации сигнала хроматографа могут использоваться различныеприборы: от самописцев до интеграторов на базе микропроцессоров, однакоприменение ПК в качестве регистратора и обработчика сигналов хроматографа болееоправдано в силу своей простоты, дешевизны и универсальности.

 Для получения и обработки данных необходимпрограммно-аппаратный комплекс, который был использован и используется понастоящее время на одном из химических предприятий. Данный комплекс состоит изплаты (или блока) аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и персональногокомпьютера со специализированным программным обеспечением. Далее кратко рассмотримустройство применяемого АЦП.

 В силу того, что данный АЦП применяется вусловиях сильных электромагнитных помех, было решено остановиться на схеме АЦПдвойного интегрирования, который эффективно «фильтрует» короткиевыбросы напряжения. Для этой же цели частота дискретизации входного сигналабыла выбрана пропорциональной частоте тока в электрической сети — 25 Гц. Hаэтой частоте удается с достаточно большим избытком получать информацию с выходахроматографа.<span Times New Roman",«serif»; mso-fareast-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: RU;mso-bidi-language:AR-SA">[1]

 Далее при выборе схемы АЦП было решено использоватьот четырех до восьми входных каналов, что позволяет одновременно производитьанализ данных на четырех хроматографах (по две колонки на хроматограф). Ввидуфизически удаленного расположения компьютера и хроматографов было решеновыполнить АЦП в виде отдельного блока и соединить его с компьютером попоследовательному интерфейсу RS-232. При таком решении выполняется наиболееважная задача при получении данных в условиях сильной зашумленности — ослабление помех. При рассмотрении схемы АЦП следует упомянуть о разрешениипримененного АЦП. Оно составляет 16 бит или 65536 градаций опорного напряжения,которое было выбрано в диапазоне от одного до пяти вольт. При данном разрешениимы имеем большой запас по перегрузке, что положительно проявляется при анализенекоторых веществ, где разброс между уровнями сигнала очень велик (рис. 2).1 

<img src="/cache/referats/3428/image003.gif" v:shapes="_x0000_i1025">

 Рис. 2

В результате рассмотрения всехтехнических требований к АЦП мы получаем следующую структурную схему.

<img src="/cache/referats/3428/image005.gif" v:shapes="_x0000_i1027">

Рис.3  Схема АЦП

 Теперь мы уделим внимание программномуобеспечению (ПО) для проведения хроматографического анализа. Данное ПО должноудовлетворять следующим условиям:

а) возможность сбора данных снескольких хроматографов одновременно;

б) возможность проведениякачественного и количественного анализа;

в) ведение архива анализов;

 Для достижения наибольшей эффективности применения ПК необходимообеспечить возможность одновременного обслуживания нескольких хроматографов.При выполнении данного условия мы имеем мощную систему сбора данных ипроведения анализов. Решение на практике данного вопроса осложняется двумяфакторами: первый из которых — это асинхронность проведения анализов, второй — необходимость наличия большой оперативной памяти. Первый фактор следует изтого, что проведение анализов на разных хроматографах  происходит независимо друг от друга, в силучего программное обеспечение должно обеспечивать возможность динамическойреконфигурации и динамического выделения буфера памяти под принимаемые данные.Это означает, следующее: ввиду применения последовательного интерфейса длясвязи компьютера и АЦП, необходимо реализовать механизм обеспечения устойчивогоприема информации. Для выполнения данного условия было принято решение оформитьпрограмму приема информации как процедуру обработки прерыванийпоследовательного порта. Из способа решения первой задачи и фактора«ограниченности» применяемой операционной системы (таковой являетсяMS-DOS) стала очевидной невозможность использования режима непосредственнойзаписи на диск.1 Эта, вторая, проблемабыла преодолена использованием всей имеющейся оперативной памяти. При такомподходе мы имеем от одного до восьми локальных буферов памяти, выделяемых позапросу, для сохранения принятой информации. После окончания всех анализовполученные данные записываются на диск. Недостатки такого подхода весьма очевидны,но в силу того, что данное решение было использовано лишь для проведениялабораторных анализов, найденный компромисс оказался вполне удовлетворительным.Итак: имеющееся ПО умеет принимать и сохранять данные, далее необходимо ихобработать.

 Первым шагом на пути реализации качественно-количественного анализа(ККА) была разработка системы фильтрации полученных данных. В настоящее время вПО используется несколько методов фильтрации данных, которые пользователь можетвыбирать по своему усмотрению. Из реализованных методов наиболее интересны“медианный”, перемены шага дискретизации (основанный наэкстраполяции-интерполяции данных) и степенных полиномов. Использованиефильтров позволяет кардинальным способом улучшить качество принятых данных:избавиться от сильной зашумленности, сгладить всплески напряжения, выправитьформу пиков и т.д. Далее был реализован механизм количественного анализа,заключающийся в написании процедуры поиска пиков, определения их начала, конца,ширины и вершины. За основу поиска вершин пика (максимума сигнала) были взятыметоды продвижения “окна” и половинного деления. Первый метод — методпродвижения “окна” представляет собой способ поиска экстремума функции,основанный на вычислении разности значений функции на границах временного окнас последовательным продвижением вперед по временной оси. Второй метод(половинного деления) достаточно широко освещен в литературе и реализован дляуточнения экстремума сигнала, найденного с помощью первого метода. Необходимозаметить, что реализованные методы поиска максимума позволяют эффективнонаходить вершину пика и его начало и конец, а так же выявлять пики — “наездники” (когда начало следующего пика идет не с уровня базовой линии, ачуть выше, на рис.1 это пики седьмой и восьмой). Для проведения количественногоанализа производится расчет площадей выявленных пиков. Далее выявляетсяудельный вес площади каждого пика в общем сумме, который и составляет количествовещества в пробе. Для возможности проведения сравнительных анализов программапозволяет вести архив анализов, в котором сохраняются все необходимые данные.Неотъемлемой частью ПО является способность автоматически проводитьсопоставление полученных данных с находящимися в архиве и отбирать те, которыеотвечают некоторым заданным условиям.

<img src="/cache/referats/3428/image007.jpg" v:shapes="_x0000_i1028">

Рис.4 Хроматограмма этилсалицилатаполучена с помощью описанного программно-аппаратного комплекса.

В заключение хотелось бы отметить,что описанная здесь система не ограничивается приведенными возможностями, внастоящее время ведутся активные работы по ее совершенствованию. Как изнаиболее интересных направлений ее развития стоит отметить созданиеинтеллектуальной системы автоматического распознавания компонентованализируемых веществ и применение данной системы в управлении технологическимпроцессом предприятия.

Литература

1. Хайвер К. И др.“Высокоэффективная газовая хроматография” М.: Мир 1993

2. J.L. Excoffier / G. Guiochon “Automatic Peak Detection inChromatography” ,Chromatographia, Vol. 15,  No.9, September 1982

3. C.E. Reese “Chromatographic Data Acquisition and Processing. Part 2.Data Manipulation” , Journal of Chromatographic Science, Vol. 18,June 1980

<span Times New Roman",«serif»; mso-fareast-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: RU;mso-bidi-language:AR-SA">[1]

Имеется ввиду то, что учитывая относительно большую инерционностьхроматографических датчиков во времени, на практике достаточной бывает частотадискретизации  входного сигнала около 10Гц (учитывая теорему Котельникова).

1 Иногда, принедостаточном запасе АЦП по перегрузке происходит потеря данных, что выражаетсяв недостаточно точном определении площади пика и как следствие приводит к невернымрезультатам количественного анализа.

1 Следуетсразу оговориться, что применяя в ПК порты последовательного интерфейса с буферомFIFO и прибегая кнекоторым ухищрениям с MS-DOS(как например, использование флажка занятости системы), на компьютерахот AT-286и выше можно добиться реализацииспособа непосредственной записи данных на диск.

www.ronl.ru

Рефераты по теме Теория систем управления

Применение метода частотных диаграмм к исследованиям устойчивости систем с логическими алгоритмами управления Курсовая 133.04 KB
Исследования устойчивости и качества процессов управления линейных стационарных САУ Лабораторная 9.66 KB
Теории управления Лекции 264.86 KB
Переходные процессы в линейных цепях Рефераты 25.19 KB
Построение характеристик непрерывных САУ Курсовая 3.16 KB
Теория автоматического управления Рефераты 118.68 KB
Системы управления движением судов Рефераты 176.13 KB
Критерии устойчивости линейных систем Курсовая 48.69 KB
Основы автоматики и управления Рефераты 399.95 KB
Система автоматического управления турбообводом в составе энергоблока ВВЭР-640 Курсовая 3.14 KB
Лабораторные работы по Автоматике Лабораторная 6.66 KB
Расчёт частотных и временных характеристик линейных цепей Курсовая 190.39 KB
Работа комбинированной автоматической системы управления Диплом и связанное с ним 286.01 KB
Анализ и синтез одноконтурной системы автоматического регулирования Курсовая 258.65 KB
Устройство управления синхронного цифрового автомата Курсовая 75.92 KB
Разработка управляющей части автомата для сложения двух чисел с плавающей запятой в дополнительном коде с помощью модели Мура Курсовая 357.59 KB
Теория автоматов (Разработать автомата для сложения в коде 8421 в обратном коде в формате с фиксированной запятой) Курсовая 192.44 KB
Терминология теории систем. Классификация систем. Закономерности систем Рефераты 568.44 KB
ПТЦА - Прикладная теория цифровых автоматов Лекции 659.24 KB
Предмет правовая информатика Рефераты 9.16 KB
Понятие об алгоритмах Рефераты 75.14 KB
Производственные системы с искусственным интеллектом Рефераты 37.16 KB
"Принцип Максимума" Понтрягина Доклад 83.51 KB
Лабораторная работа №7 по "Основам теории систем" (Решение задачи коммивояжера методом ветвей и границ) ) Лабораторная 280.63 KB
Лабораторная работа №5 по "Основам теории систем" (Транспортные задачи линейного программирования) ) Лабораторная 215.38 KB
Лабораторная работа №4 по "Основам теории систем" (Послеоптимизационный анализ задач линейного программирования) ) Лабораторная 116.22 KB
Лабораторная работа №3 по "Основам теории систем" (Теория двойственности в задачах линейного программирования) ) Лабораторная 189.83 KB
Лабораторная работа №2 по "Основам теории систем" (Решение задач линейного программирования симплекс-методом. Варианты разрешимости задач линейного программирования) Лабораторная 137.63 KB
Лабораторная работа №6 по "Основам теории систем" (Решение задачи о ранце методом ветвей и границ) Лабораторная 981.37 KB
Нечеткий анализ - в автомобиле Доклад 81.95 KB
«Биокомпьютеры» Рефераты 553.32 KB
«Нечеткая логика в системах управления» Рефераты 204.45 KB
Проектирование управляющего автомата Курсовая 3.74 KB
Машины, которые говорят и слушают Книга 101.44 KB
Принципы организации и функционирования интеллектуальных систем Рефераты 24.57 KB
Анализ и синтез систем автоматического регулирования Курсовая 2.8 KB
Информатика в условиях устойчивого развития Рефераты 28.89 KB
Терминология теории систем (автоматизированные и автоматические системы) Рефераты 53.64 KB
Кибернетика Рефераты 42.68 KB
Достаточно общая теория управления (Расовые доктрины в России: их возможности и целесообразность следования им в исторической перспективе) Учебное 905.71 KB
Системы адаптивного управления роботами Рефераты 614.41 KB
Математичекие основы теории систем: анализ сигнального графа и синтез комбинационных схем Курсовая 121.23 KB
Управление техническими системами Лекции преподавательские 284.5 KB
Система автоматизации на котлоагрегатах Курсовая 73.63 KB
Организационный инструментарий управления проектами (сетевые матрицы, матрица разделения административных задач управления, информационно-технологическая модель) Курсовая 240.47 KB
Cистема Автоматизированного Управления процесса стерилизации биореактора Диплом и связанное с ним 3.95 KB
Автоматическая система регулирования Курсовая 849.4 KB
Разработка системы автоматического управления Курсовая 78.63 KB
Система с двухзонным регулированием скорости Рефераты 568.85 KB
Информационный процесс. Обработка информации Контрольная 34.95 KB
Построение и исследование математической модели для задачи линейного программирования Курсовая 307.46 KB
Системы управления космическими полетами Исследовательская 10.84 KB
Оценка влияния наружного диаметра колеса на силу сопротивления качения Курсовая 92.45 KB
Квазистатический метод анализа случайных процессов в нелинейных системах Рефераты 938.21 KB
Система управления положением бортового прожектора вертолёта Курсовая 426.63 KB
Изучение обьекта и синтез регулятора системы управления Курсовая 793.15 KB
Автоматизация сушильно-промывной линии ЛПС-120 Курсовая 720.76 KB

Смотрите также

 

..:::Новинки:::..

Windows Commander 5.11 Свежая версия.

Новая версия
IrfanView 3.75 (рус)

Обновление текстового редактора TextEd, уже 1.75a

System mechanic 3.7f
Новая версия

Обновление плагинов для WC, смотрим :-)

Весь Winamp
Посетите новый сайт.

WinRaR 3.00
Релиз уже здесь

PowerDesk 4.0 free
Просто - напросто сильный upgrade проводника.

..:::Счетчики:::..

 

     

 

 

.