ГОСТ Р МЭК 61131-7-2017

     

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КОНТРОЛЛЕРЫ ПРОГРАММИРУЕМЫЕ

Часть 7

Программирование нечеткого управления

Programmable controllers. Part 7. Fuzzy control programming

ОКС 35.240.50

          25.040.40

Дата введения 2018-09-01

     Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Негосударственным образовательным частным учреждением дополнительного профессионального образования "Новая инженерная школа" (НОЧУ "НИШ") на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии указанного в пункте 4 стандарта, который выполнен Российской комиссией экспертов МЭК/ТК 65 и Федеральным государственным унитарным предприятием "Всероссийский научно-исследовательский институт стандартизации и сертификации в машиностроении" (ВНИИНМАШ)

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 306 "Измерения и управление в промышленных процессах"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 15 сентября 2017 г. N 1127-ст

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту МЭК 61131-7:2000* "Контроллеры программируемые. Часть 7. Программирование нечеткого управления" (IEC 61131-7:2000 "Programmable controllers - Part 7: Fuzzy control programming", IDT).

________________

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - Примечание изготовителя базы данных.

Международный стандарт разработан Техническим комитетом МЭК ТК 65 "Измерение, управление и автоматизация в промышленных процессах".

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации". Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

Введение

Теория нечеткой логики применительно к вопросам управления называется нечетким управлением. Нечеткое управление представляет собой технологию, которая позволяет расширить возможности промышленной автоматики и пригодна для решения задач уровня управления, выполняемых, как правило, программируемыми контроллерами.

Нечеткое управление, скорее, основано на практическом применении знаний, представленных в так называемых базах лингвистических правил, чем на использовании аналитических моделей (эмпирических или теоретических). Применение нечеткого управления возможно при наличии специальных знаний, которые могут быть представлены математически. При этом становится возможным использование имеющихся знаний для усовершенствования технологических процессов и выполнения различных задач. Например, для:

- управления (замкнутые или разомкнутые системы, одна или несколько переменных в линейных или нелинейных системах);

- настройки параметров систем в интерактивном или автономном режиме;

- классификации и распознавания образов;

- принятия решений в режиме реального времени (отправить изделие на станок А или Б?);

- помощи операторам в принятии решения или при регулировании параметров;

- обнаружения и диагностики неисправностей систем.

Широкий спектр вариантов применения и естественный подход, основанный на приобретенном человеком опыте, делает нечеткое управление основным инструментом, который должен стать стандартом для потребителей программируемых контроллеров.

Кроме того, нечеткое управление может комбинироваться с классическими методами управления.

Применение нечеткого управления может иметь преимущества в тех случаях, когда отсутствует точная модель технологического процесса, аналитическую модель сложно рассчитывать в режиме реального времени или трудно разработать в принципе.

Другим преимуществом нечеткого управления является возможность непосредственного использования опыта, приобретаемого потребителем. Кроме того, отсутствует необходимость моделировать весь контроллер с использованием нечеткого управления, так как в некоторых случаях нечеткое управление применяется для интерполяции между последовательностью локально линейных моделей, для динамической адаптации параметров линейного контроллера, превращающих его в нелинейный, или, наоборот, для концентрации на определенной, требующей оптимизации функции имеющегося контроллера.

Нечеткое управление является многозначным управлением, которое не ограничивается значениями "истина" и "ложь". Поэтому нечеткое управление полезно при создании модели эмпирических знаний, определяющей, какие управляющие воздействия должны выполняться при заданном наборе входных сигналов.

Современная теория и уже внедренные системы нечеткого управления существенно различаются в части терминологии (определения), функций (функциональные возможности) и практической реализации (инструментарий).

Нечеткое управление применяется как при решении небольших и простых задач, так и в сложных проектах. Чтобы охватить все варианты использования, в настоящем стандарте функции соответствующей системы нечеткого управления отображаются в определенных классах соответствия.

Базовый класс определяет минимальный набор функций, который должен обеспечиваться всеми совместимыми системами. За счет этого упрощается обмен программами нечеткого управления.

Дополнительные стандартные функции определяются в расширенном классе. Программы нечеткого управления, использующие такие функции, могут быть перенесены между системами с использованием такого же набора функций только полностью, в противном случае возможен лишь частичный обмен. Настоящий стандарт не требует, чтобы все совместимые системы выполняли все функции расширенного класса, однако допускает возможность (частичного) переноса и предотвращение использования нестандартных функций. Поэтому совместимая система не должна предлагать нестандартные функции, которые могут быть выполнены с использованием стандартных функций базового и расширенного классов.

Чтобы не исключать системы, применяющие свои сложные функции из числа соответствующих настоящему стандарту и не препятствовать процессу дальнейшего развития, настоящий стандарт разрешает применять дополнительные нестандартные функции, которые не охвачены базовым и расширенным классами. Тем не менее такие функции должны быть перечислены стандартным способом для обеспечения простоты их распознавания как нестандартных функций.

Возможность переноса приложений нечеткого управления зависит от разных систем программирования, а также от характеристик систем управления. Эти зависимости приводятся в контрольном перечне данных, который должен быть предоставлен изготовителем.

     1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает язык программирования приложений нечеткого управления, применяемый программируемыми контроллерами.

Целью настоящего стандарта является достижение изготовителями и потребителями общего понимания основных средств интегрирования приложений нечеткого управления в языки программируемых контроллеров в соответствии с МЭК 61131-3, а также возможности обмена переносимыми программами нечеткого управления между разными системами программирования.

Для достижения поставленной цели в приложении А приводится краткое описание теории нечеткого управления и нечеткой логики, необходимое для понимания настоящего стандарта. Пользователям настоящего стандарта, не знакомым с теорией нечеткого управления, может быть полезно сначала обратиться к приложению А.

     2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты*.

_______________

* Таблицу соответствия национальных стандартов международным см. по ссылке. - Примечание изготовителя базы данных.     

IEC 60050-351:1998, International Electrotechnical Vocabulary (IEV) - Part 351: Automatic control (Международный электротехнический словарь (IEV). Часть 351. Автоматическое управление)

IEC 61131-3:1993, Programmable controllers - Part 3: Programming languages (Программируемые контроллеры. Часть 3. Языки программирования)

     3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями. Определения для элементов языка дополнительно приведены в МЭК 61131-3.

Примечание - Термины, определения которых даны в настоящем разделе, выделяются курсивом в тексте определений.

3.1 аккумуляция (accumulation)

агрегирование результатов (result aggregation): Объединение результатов лингвистических правил в конечный результат.

3.2 агрегирование (aggregation)

определение степени выполнения (determination of degree of firing): Объединение степени принадлежности всех индивидуальных подусловий в правиле для расчета степени выполнения условия правила.

3.3 активизация (activation): Процесс, которым степень выполнения условия воздействует на выходное нечеткое множество.

3.4 результат (conclusion)

следствие (consequent): Выходное значение лингвистического правила, то есть действие, которое должно выполняться (часть THEN правила нечеткого управления IF..THEN).

3.5 условие (condition)

предпосылка (antecedent): Выражение, включая подусловия, объединенные нечеткими операторами И, ИЛИ, НЕ.

3.6 четкое множество (crisp set): Особый случай нечеткого множества, в котором функция принадлежности принимает только два значения, обычно определяемые как 0 и 1.

3.7 дефаззификация (defuzzification): Преобразование нечеткого множества в числовое значение.

3.8 степень принадлежности (degree of membership): Значение функции принадлежности.

3.9 фаззификация (fuzzification): Определение степени принадлежности четкого входного значения лингвистических термов, определенных для каждой входной лингвистической переменной.

3.10 нечеткое управление (fuzzy control): Тип управления, алгоритм управления в котором основан на нечеткой логике.

[IEV 351-17-51, измененный]

3.11 нечеткая логика (fuzzy logic): Совокупность математических теорий, основанных на принципах нечеткого множества. Нечеткая логика является одним из типов бесконечнозначной логики.

3.12 нечеткий оператор (fuzzy operator): Оператор, используемый в теории нечеткой логики.

3.13 нечеткое множество (fuzzy set): Нечеткое множество A определяется как множество упорядоченных пар (x, ), где x - это элемент предметной области U, а - функция принадлежности, которая сопоставляет каждому xU действительное число [0,1], определяющее степень того, насколько x принадлежит множеству.

3.14 логический вывод (inference): Применение лингвистических правил к входным значениям с целью определения выходных значений.

3.15 лингвистическое правило (linguistic rule): Правило IF-THEN (если ..., то ...) с условием и результатом, причем одно или оба являются лингвистическими.

3.16 лингвистический терм (linguistic term): В контексте лингвистического управления лингвистические термы определяются нечеткими множествами.

3.17 лингвистическая переменная (linguistic variable): Переменная, которая принимает значения из диапазона лингвистических термов.

3.18 функция принадлежности (membership function): Функция, которая в предметной области определяет степень принадлежности данному нечеткому множеству.

[IEV 351-17-52, измененный]

3.19 синглтон (singleton): Нечеткое множество, функция принадлежности которого равна единице в одной точке и нулю во всех других точках.

3.20 подусловие (subcondition): Элементарное выражение в форме переменной или терма "лингвистическая переменная IS лингвистический терм".

3.21 база правил (rule base): Набор лингвистических правил для достижения определенных целей.

3.22 весовой коэффициент (weighting factor): Значение в интервале 0...1, которое устанавливает степень важности, достоверности, уверенности для лингвистического правила.

     4 Интеграция в программируемый контроллер

В соответствии с разделом 5, приложения нечеткого управления, программируемые на языке нечеткого управления FCL, должны быть заключены в функциональные блоки (или программы), как это определено в МЭК 61131-3. В настоящем стандарте применяются понятия типов и экземпляров функциональных блоков, приведенные в МЭК 61131-3.

Типы функциональных блоков, определенные в языке нечеткого управления FCL, должны устанавливать входные и выходные параметры, а также специфические правила и описания нечеткого управления.

Соответствующие экземпляры функциональных блоков должны содержать специфические данные приложений нечеткого управления.