Реализация и экспериментальная проверка нейроэмулятора
Характеристика прототипа устройства для съема информации о параметрах двигателя и передачи в компьютер для обучения нейросетевой модели и анализа результатов. Его разработка на базе микропроцессорной платформы STM32VL Discovery и согласующих узлов.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 02.09.2016 |
| Размер файла | 78,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ФГБУ "Фонд содействия инновациям"
РЕАЛИЗАЦИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА НЕЙРОЭМУЛЯТОРА
Вересова Ольга Владимировна1, Волков Владимир Николаевич1
Аннотация
Для получения динамики двигателя был собран прототип устройства для съема информации о параметрах двигателя и передачи в ПК для обучения нейросетевой модели и анализа результатов. Устройство построено на базе микропроцессорной платформы STM32VL Discovery и согласующих узлов. Таким образом, получив только массив входных и выходных векторов переменных динамического объекта можно получить достоверную его программную модель.
Ключевые слова: двигатель
двигатель нейросетевой микропроцессорный discovery
Нейроэмулятор - система идентификации реального динамического объекта, представляющая собой программно-аппаратный комплекс. Требуется протестировать его на экспериментальных данных.
В качестве объекта для экспериментальной проверки выбран электрический мотор-редуктор IG-42GM. В его основе электрический двигатель постоянного тока с независимым возбуждением от постоянных магнитов.
Математическая модель двигателя постоянного тока (ДПТ) описывается следующей системой уравнений:
(2.1)
где UЯ - напряжение якорной обмотки двигателя, В;
- электродвижущая сила якоря, В;
iЯ - ток якоря, А;
Ф - магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения, Вб;
М - электромагнитный момент двигателя, Н·м;
МС- момент сопротивления движению, Н·м;
щ - угловая частота вращения вала, рад/с;
RЯ - активное сопротивления якорной цепи, Ом;
L - индуктивность якорной цепи, Гн;
J - суммарный момент инерции привода, кг·м2;
CW - коэффициент связи между угловой частотой и электродвижущей силой;
CМ - коэффициент связи между током якоря и электромагнитным моментом.
Для того, чтобы нейронная сеть могла аппроксимировать объект, одним из ключевых условий является определение в объекте входных и выходных векторов, а также величин, описывающих состояние объекта. Удобно с этой целью рассмотреть объект как систему в пространстве состояний.
Тогда систему уравнений требуется привести к явной форме Коши, с подстановкой, тогда система уравнений примет следующий вид:
(2.2)
Из уравнений видно, что:
- входные переменные: UЯ и МС;
- переменные, описывающие состояние объекта: iЯ и щ;
- выходные переменные: М и щ;
Видно, что переменная скорости щ одновременно и описывает состояние объекта, и является выходной. Так же видно, что электромагнитный момент Мпропорционален току iЯ, поэтому при приведении к относительным единицам, возможно использование тока iЯ в качестве выходной величины, характеризующей момент. По сглаженной кривой тока iЯ косвенно можно получить представление о моменте сопротивления МС. Возбуждение от постоянных магнитов, и магнитный поток не меняется в процессе работы двигателя, поэтому для обучения нейронной сети информация о нем не применяется.
Учитывая, что двигатель является динамическим объектом, в качестве обратных связей для нейронной сети необходимо завести информацию о выходных величинах М, щ.
По имеющейся информации была сформирована архитектура рекуррентной нейронной сети в среде Matlab. Сеть имеет один внутренний слой, состоящий из 5 нейронов. На вход и выход сети подаются соответствующие вектора переменных, снятые с двигателя. При обучении сравниваются соответствующие выходы ДПТ и сети и корректируются веса нейронов. Ниже приведена структурная схема нейросетевой модели.
Для получения динамики двигателя был собран прототип устройства для съема информации о параметрах двигателя и передачи в ПК для обучения нейросетевой модели и анализа результатов. Схема устройства приведена на рисунке 2.2.
Рисунок 2.1 - Структурная схема нейросетевой модели ДПТ.
Рисунок 2.2 - Структурная схема прототипа устройства для съема информации с ДПТ
Устройство построено на базе микропроцессорной платформы STM32VL Discovery и согласующих узлов. Принцип действия следующий. Устройство формирует сигнал управления, изменяющийся согласно случайной последовательности с нормальным распределением. Управляющий сигнал подается на силовой ключ и запускает двигатель в работу. На валу искусственно создается момент сопротивления. При этом снимается аналоговая информация о скорости, токе и напряжении двигателя, которая преобразуется в цифровой вид и передается в ПК по интерфейсу RS232. В ПК формируется массив статистических данных и приводится к безразмерному виду для удобства обучения нейронной сети. 2/3 данных используется в качестве векторов для обучения нейронной сети, 1/3 используется для верификации.
Полученные данные были поданы на входы сети и произведено обучение. Сигнал тока реального двигателя iЯ пропорционален моменту сопротивления МС, и использовался также как входная величина, приведенная к безразмерному виду. В результате была достигнута ошибка обучения Еобуч = 5,6·10-4.
После этого были поданы входные векторы данных для верификации сети, так же имеющие случайный характер и приведенные к безразмерному виду. На этом этапе сравнивались выходные векторы нейронной сети и экспериментальные данные двигателя. Была достигнута ошибка верификации Евериф = 7,1·10-4.
На рисунке 2.3 приведены графики выходных векторов нейронной сети (синяя штриховая линия) и экспериментальных данных двигателя (красная сплошная линия).
Рисунок 2.3 - График верификации обучения нейросетевой модели при случайном входном воздействии.
Экспериментальная проверка на реальном объекте наглядно демонстрирует эффективность нейросетевого эмулятора. Таким образом, получив только массив входных и выходных векторов переменных динамического объекта можно получить достоверную его программную модель. При этом не требуется наличие уточненных данных и расчетов сложных дифференциальных уравнений в процессе эксплуатации модели. Необходимо и достаточно лишь правильно первоначально сформировать архитектуру нейронной сети.
Библиографический список
1. Хайкин С. Нейронные сети: полный курс, 2-е издание: Пер. с англ. - М.: Издательский дом «Вильямс». 2006. - 1104с.
2. Чернодуб А.Н., Дзюба Д.А. Обзор методов нейроуправления //Проблемы программирования. -2011.- №2. -с.79-94.
3. Рутковская Д., Пилиньский М.,Рутковский Л. Нейронные сети, генетические алгоритмы и нечеткие системы: Пер. с польск. И.Д. Рудинского. -М.:Горячая линия - Телеком, 2006.- 452 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Обоснование и выбор модели для проектирования. Разработка эскиза и конструкторско-технологическая характеристика модели. Анализ и выбор методов обработки основных узлов изделия и технологического оборудования. Проверка, оформление и изготовление лекал.
курсовая работа [4,7 M], добавлен 07.06.2015Автоматизированное проектирование конструкции и технологии изготовления сборки и деталей платформы с арретиром оптического устройства. Создание конструкторской и технологической документации. Трехмерные модели деталей. Расчет и выбор режимов резания.
дипломная работа [3,6 M], добавлен 09.11.2016Срок службы приводного устройства. Выбор двигателя и материалов зубчатых передач, кинематический расчет привода. Расчет закрытой цилиндрической передачи. Нагрузки валов редуктора. Схема валов редуктора и проверка подшипников. Подбор и проверка муфт.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 24.11.2014Описание прототипа двигателя ЯМЗ-236. Блок цилиндров, кривошипно-шатунный механизм, газораспределение. Исходные данные для теплового расчета. Параметры цилиндра и двигателя. Построение и скругление индикаторной диаграммы. Тепловой баланс двигателя.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 25.05.2013Техническая характеристика и описание основных узлов поворотной платформы, режимов и циклов их работы. Технологическая карта последовательности проведения ремонта редуктора поворотной тележки экскаватора. Порядок выполнения послеремонтных испытаний.
дипломная работа [7,1 M], добавлен 07.09.2010Определение числовых значений сил, действующих в зацеплении. Конструирование узлов и деталей редуктора. Выбор и расчет муфт. Расчет косозубой зубчатой передачи. Проверка шпонок на смятие. Смазочные и уплотнительные устройства. Расчет вала редуктора.
курсовая работа [740,8 K], добавлен 16.09.2014Классификация электрических лебедок. Проверка выбранного двигателя на перегрев, по пусковым и перегрузочным способностям. Расчет зубчатых колес. Проверка долговечности подшипников. Проверка прочности шпоночных соединений. Уточненный расчет валов.
дипломная работа [2,1 M], добавлен 17.06.2017Преимущества использования трехмерных моделей изделий при осуществлении сборки приборов. Разработка коммутационного устройства трансляции кодовой информации по интерфейсу. Методика обучения приемам работы с 3D-моделью. Методы проверки и контроля деталей.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 01.08.2015Разработка циклограммы: описание датчиков, исполнительных устройств и циклограммы. Разработка математической модели. Описание входов и выходов системы. Разработка функциональной модели. Построение дерева процедур. Разработка аппаратных модулей ввода.
курсовая работа [159,7 K], добавлен 15.06.2011Последовательность изучения режимов обмена в интерфейсе. Определение адреса внешнего устройства для передачи информации по шине, путь прохождения сигнала через шинные формирователи на дешифраторы адреса. Запись и чтение информации из регистра данных.
лабораторная работа [479,1 K], добавлен 30.10.2013Описание конструкции продольно-строгального станка модели 7116. Расчет открытой и закрытой цилиндрической прямозубой нереверсивной передачи. Устройство и принцип работы четырехрезцового блока. Расчет трудоемкости ремонта и технического обслуживания.
дипломная работа [104,6 K], добавлен 21.02.2016Выбор двигателя для привода кранового механизма. Проверка выбранного двигателя по условиям перегрузки и перегрева. Механическая характеристика. Пусковые сопротивления. Разработка схемы управления для автоматизированного электропривода кранового механизма.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 17.04.2019Характеристика прототипа летательного аппарата: компоненты топлива, тяга двигателя и давление в камере сгорания. Краткие теоретические сведения о ракете Р-5, проведение термодинамического расчета двигателя. Профилирование камеры сгорания и сопла.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 06.10.2010Порядок расчета основных энергетических характеристик и размеров стационарного плазменного двигателя. Определение тяговой и кинетической мощностей струи ионов и протяжённости слоя ионизации рабочего тела. Расчет разрядного тока и ресурса двигателя.
курсовая работа [95,0 K], добавлен 01.03.2009Определение количества зубьев планетарной прямозубой цилиндрической передачи, ее проверка на выносливость. Подбор материалов для шестерни и колеса редуктора двигателя ТВД-10, вычисление их размеров. Проектирование валов, расчет болтового соединения.
курсовая работа [265,0 K], добавлен 19.02.2012Планирование эксперимента по повышению предела прочности листов из титанового сплава, обработка результатов эксперимента и построение модели. Методика определения погрешности эксперимента, расчет коэффициентов регрессии, проверка адекватности модели.
контрольная работа [88,0 K], добавлен 02.09.2013Принципиальная схема микроконтроллера шагового двигателя: назначение портов вывода, характеристики генератора, блок-схема работы индикатора. Листинг подпрограммы управления микропроцессором и проверка работоспособности по импульсной последовательности.
курсовая работа [604,2 K], добавлен 05.01.2010Энергетические, кинематические и конструктивные характеристики привода. Подбор двигателя по статической мощности. Выбор передаточного числа и механизмов кинематической цепи привода. Расчет размеров основных деталей и стандартизованных узлов устройства.
контрольная работа [608,7 K], добавлен 24.06.2013Расчёт кинематических, силовых и энергетических параметров на отдельных валах. Выбор электрического двигателя. Расчет и проектирование зубчатого редуктора, тяговой звёздочки и ременной передачи. Подбор и проверка муфт. Выбор подшипников и уплотнений.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 18.04.2009Определение параметров корректирующего устройства на вход системы. Синтез нечеткого регулятора на базовом режиме работы системы. Сравнительная оценка качества управления системы прототипа и нечеткой системы регулирования при возмущающем воздействии.
контрольная работа [963,5 K], добавлен 24.12.2014
