Алгоритмов управления

АЛГЕБРАИЧЕСКИЙ ПОДХОД К РАСПОЗНАВАНИЮ - совокупность методов формального синтеза алгоритмов распознавания образов, составляемых из алгоритмов, не обязательно обоснованных формально. Возможность анализа разнообразных алгоритмов с единой точки зрения основана на том факте, что многие известные алгоритмы распознавания представляют собой суперпозицию двух алгоритмов. Первый из них на основании исходных данных об объекте вычисляет числа

называемых локальных характеристик близости, вычисляемых не по всем признакам объектов, а по некоторым подмножествам этих признаков. М О является обобщением ряда эвристических алгоритмов распознавания и представляет их в виде единой

ОО - обучающие объекты; ТС - технические средства; БАО -блок алгоритмов обучения; АИ - априорная информация; БАР -блок алгоритмов распознавания. Штриховые линии - режим обучения, сплошные - «экзамен»

ОС - объекты для самообучения; ТС - технические средства; БАР - блок алгоритмов распознавания; АИ - априорная информация; ПК - правила классификации; ФК - формирование классов; штриховые линии - режим обучения; сплошные линии -распознавание неизвестных объектов

Главная трудность состоит в целесообразном преобразовании и кодировании (в цифровой форме) телевизионного изображения, а также в разработке алгоритмов распознавания подлежащих обнаружению дефектов.

Результатами решения этих задач являются сведения о динамических нагрузках в элементах и звеньях системы привода, о пиковых значениях токов, напряжений, давлений в двигателях и системах управления, т. е. о величинах, определяющих работоспособность и надежность систем; сведения о точности воспроизведения заданных траекторий и положений рабочих органов; сведения о-временах протекания переходных процессов; сведения о характере колебательных процессов и т. д. Для обработки результатов моделирования и получения на их основе простых соотношений, связывающих показатели динамического качества системы привода с конструктивными параметрами ее элементов, применяется аппарат вторичных математических моделей (ВММ). Для получения ВММ исходная математическая модель (ИММ), т. е. система уравнений движения объекта, исследуется на ЭВМ по определенному плану при различных сочетаниях параметров. Зафиксированные в машинных экспериментах результаты обрабатывают либо методами множественного регрессионного анализа, либо с помощью алгоритмов распознавания образов. В первом случае получают количественные соотношения, позволяющие определять динамические показатели системы в функции ее параметров. Во втором случае получают выражения для качественной оценки соответствия изучаемого объекта заданному комплексу технических требова-

Существует несколько алгоритмов распознавания образов, из которых на практике был использован алгоритм, носящий название «обобщенного портрета», для которого имеется программа на машине типа М-20.

Для ускорения процесса осуществлен прямой доступ к памяти, Реализация любых алгоритмов в этом случае осуществляется только на программном уровне, поэтому время распознавания достигает порядка 3 с. Время распознавания, очевидно, в значительной •степени зависит от алгоритмов распознавания, которые строятся по принципу анализа изображения или извлечения признаков. И в том и в другом случае эталонные значения искомых величин хранятся в памяти ЭВМ и могут быть занесены в нее на этапе обучения.

ритмов пока еще в полной мере не выяснено, результаты многочисленных работ математиков, кибернетиков, физиологов и биофизиков не дают достаточных материалов для создания надежных машинных программ распознавания образов. С помощью алгоритмов распознавания, реализуемых мозгом человека, конструктор легко ориентируется в сложных ситуациях на чертеже, узнает одинаковые или схожие образы. Это позволяет ему вести решение целенаправленно, игнорируя многие заведомо негодные варианты и используя наличие в объектах конструирования одинаковых или схожих образов для уплотненной их компоновки. Совершенство алгоритмов распознавания, а также использование накопленного опыта помогают конструктору в процессе решения осуществлять также важный эвристический акт — уменьшение различия между выделенными схожими образами.

Естественно, что решение позиционных геометрических задач, на которых базируется синтез конструкций, затрудняется и замедляется в связи с неодновременностью восприятия машиной информации о разных элементах конструкции и с необходимостью реализации большого числа сложных алгоритмов распознавания и оценки ситуаций, возникающих при проектировании.

При решении задач синтеза конструкций в связи с качественными различиями в способах обработки информации человеком и вычислительной машиной не всегда можно применять метод моделирования деятельности конструктора. Это подтверждается также отсутствием машинных алгоритмов распознавания зрительных образов.

При составлении алгоритмов управления на первом уровне в последнее время стали разрабатываться оптимизационные алгоритмы, в которых искомые законы изменения обобщенных координат манипулятора определяются по заданным траекториям точек захвата с одновременным выполнением ограничений и получением оптимальных значений критериев качества (минимум кинетической энергии, минимум общей затраты энергии, максимальный КПД, минимум времени перемещения из одной позиции в другую и т. п.). Оптимизационные алгоритмы называют также экстремальными, так как получение оптимальных значений критериев качества сводится к решению задачи о нахождении законов изменения обобщенных координат (управляющих воздействий) по заданной цели при дополнительном условии экстремума функционала, зависящего от управляющих воздействий и постоянных параметров схемы манипулятора (длин звеньев, масс, моментов инерции и т. п.). Использование экстремальных алгоритмов управления возможно лишь в случае, если манипулятор обладает маневренностью, т. е, имеются избыточные степени свободы.

УПРАВЛЯЮЩАЯ ЦИФРОВАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ МАШИНА — ЦВМ для обработки информации в системах управления технологич. процессами. У. ц. в. м. можно разделить на 2 осн. группы: машины общего назначения для реализации широкого класса алгоритмов управления и специали-зир., т. е. приспособленные к решению спец. алгоритма. Машины первой группы, как правило, состоят из 2 осн. частей — собственно вычислит, машины и устройства связи с объектом управления. Осн. назначение У. ц. в. м.— автоматизация процессов управления объектами с непрерывным и непрерывно-дискретным характером произ-ва (напр., на хим., нефтеперераб., цем., металлургич., бумагоделат. пр-тиях). Кроме того, У. ц. в. м. используют для автоматизации различных энерге-тич. объектов, автоматизации науч. исследований, проводимых на сложных экспериментальных установках, и др.

Использование экстремальных алгоритмов управления возможно лишь в случае, если манипулятор обладает маневренностью, т. е. имеются избыточные степени свободы. Пусть, например, требуется воспроизвести движение точки захвата по плоской кривой при помощи манипулятора, кинематическая схема которого показана на рис. 17. Манипулятор имеет три степени свободы, и за обобщенные координаты можно принять углы поворота ерю, Ф21 и фз2. Для воспроизведения заданной плоской кривой достаточно иметь две степени свободы, и, следовательно, две обобщенные координаты можно найти по алгоритмам позиционного или контурного управления. Третья обобщенная координата используется для того, чтобы удовлетворить условиям экстремума какого-либо функционала, выражающего критерий качества. Поставленная задача решается методами вариационного исчисления с применением ЭЦВМ.

В металлургической промышленности к концу 50-х годов было автоматизировано большинство узлов и элементов в доменном и мартеновском производстве и наметился переход к комплексной автоматизации производственных процессов черной металлургии. Комплексная автоматизация предполагает внедрение сложных систем связанного регулирования, автоматически воздействующих на производственный процесс печи с целью обеспечения наивыгоднейших режимов ее работы и широкое использование управляющих вычислительных устройств в системах управления для формирова нияоптимальных алгоритмов управления производственными процессами.

Несколько иной подход следует предусмотреть для реализации задач адаптации второго класса. Последовательность правил выработки решения на управление определяется структурой управляющих алгоритмов. Выбор требуемой последовательности правил осуществляется выбором соответствующей ветви алгоритма автоматически или операторами. Формирование последовательности правил выработки решения, не заложенной в структуре управляющего алгоритма, но диктуемой условиями создавшихся производственных условий, не предусматривается. Достижения науки в области моделей систем искусственного интеллекта делают возможным осуществить разработку прикладного программного обеспечения, позволяющего изменять структуру алгоритмов управления применительно к конкретно складывающейся обстановке, т. е. на более высоком уровне осуществлять адаптацию второго типа. В дальнейшем алгоритмы, обладающие свойством адаптации структуры отдельных своих элементов (структурной адаптации), будем называть алгоритмами адаптивного управления (ААУ).

Однако построение на микропроцессорной основе систем, способных решать задачи оптимизации управления точностью обработки, требует решения целого ряда вопросов, в частности вопроса создания довольно сложных алгоритмов управления. Поэтому важно не только оценить возможности теоретически оптимальной системы управления точностью, но и предельные возможности систем данного назначения.

7. Крутъко П. Д., Петров Б. Я., Попов Е. П. Построение алгоритмов управления как обратная задача динамики.— Докл. АН СССР, 1979, т. 3, вып. 5-

3) создание теории, методов и алгоритмов управления промышленными роботами. Здесь многое зависит от использования свойственного роботу разнообразия движений для выполнения заданной программы в ситуации, информацию о которой он получает от обслуживаемого оборудования. Частью этой проблемы является создание методов так называемого супервизорного управления, когда функции управления роботом распределяются между ЭВМ и оператором в последовательности и сочетании, которые определяет оператор, наблюдая за ходом производственного процесса;

Разработка математического описания рассматриваемого объекта управления проводится с целью выявления возмущающих и управляющих воздействий на величину упругих деформаций обрабатываемой детали, формирования оптимальных или квазиоптимальных алгоритмов управления, а также последующего проектирования систем автоматического управления процессом обработки, обеспечивающих заданные -показатели качества управления в установившихся и переходных режимах. В подобных системах показатели качества управления выходной координатой — упругими деформациями технологической системы — непосредственно характеризуют погрешности формы детали, обусловленные действием различных возмущений,

Исследование алгоритмов управления (1) и (14) в системах с объектами 3 и 4-го порядков методом цифрового моделирования показало их работоспособность, слабую чувствительность к изменению параметров объекта .и его структуры, способность эффективно подавлять внешние воздействия.

Модуль «перебора каналов» (ПК). Обобщенная модель пневмопривода может включать до 13 полостей. Каждая из полостей обязательно имеет от одного до трех каналов, которые управляются по определенному закону и соединены согласно заданной схеме. Такое многообразие каналов и накладываемых ограничений потребовало разработки программного модуля ПК, позволяющего классифицировать каналы, организовать их просмотр по схеме и сформировать с помощью алгоритмов управления модель их физического состояния.