Алгоритмы и программное обеспечение параметрической идентификации многомерных динамических объектов на основе обобщенных временных характеристик Гаврилов Сергей Александрович

Содержание к диссертации

ВВЕДЕНИЕ 4

1. ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ ПРОГРАММ ИДЕНТИФИКАЦИИ
КЛАССИФШО\ЦИЯИДЕ>П^ФИЦдаУЕМЫХ ОБЪЕКТОВ $

1. Современное состояние программного обеспечения идентификации 32

2. Классификация объемов идентификации Характеристика методов идентификации 15

3. Особенности математического описания идентифицируемых объектов и общие понятия их идентификации 19

2. АЛГОРИТМЫ ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ ИДРЛТИФИКАЦИИ
ДИНАМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ 31

4. Идентификация линейных динамических объектов 33 2-А А. ^жортйш. вдта\^ж&ягл?& ч& ъ^мйзач^й- Qfowcra. 11 2,К2. .Алгоритмы идентификации в частотное области 45 2.1.3. Алгоритмы идентификации двумерных линейных объектов 51

5. Идентификации нелинейных динамически' объектов 55

1. Модель Гаммерштсйна 55

2. Модель Винера 63

3. Модель общего вида &7 2.24, Модель с параллельным соединением моделей общего вида 72

2.3. Алгоритмы идентификации трехмерные динамических объектов с
произвольным видом перекрестных связей 75

3. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА
ИДЬШ"ИФИКАЦИИ ДИНАМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ И СИСТЕМ 86

3.1. Назначение и основные требования к программному комплексу.
Выбор среды программирования 86

2. Актуальность внедрения программного комплекса . 92

3. Характеристика удобств пользователя 94

4. Разработка структурно-функциональной *емы комплекса 97

5. Синтез алгоритма работы программного комплекса 99

6. Реализация программного комплекса ЮЗ 3.6Л, Краткая инструкция пользования комплексом 108

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 112
АЛ. Идентификация линейного одномерного объекта во временной об
ласти 112

7. Идентификация системы в частотной области 114

8. Идентификация линейного двумерного объекта во временной области 117

9. Экспериментальное исследование системы подчиненного регулирования электропривода постоянного тока МЭЗОМАТИК-А 1 IS

4.4.і. Описание системы и ее идентификация 118

4.4.2. Математические модели элементов системы І 24
4,4.2А . Двигатель типа 3 SHAT 90М-А 124

10. Тиристорный преобразователь типа R2TT143-A 125

11. Датчики тока и скорости 126

4.4.3. Структурная схема системы 126

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 134

ЛИТЕРАТУРА 137

ПРИЛОЖЕНИЯ 143

Приложение Т Результаты экспериментального исследования модель-
ных объектов 144

Приложение 1.L Идентификация линейного одномерного объекта во
временной области 144

Приложение 1.2. Идентификация линейного одномерного объекта в час
тотной области 145
Приложение 1.3, Идентификация линейного двумерного объекта во
временной области 146
Приложение 2. Результаты экспериментального исследования системы
подчиненного регулирования электропривода постоянного тока
МЭЗОМАТИК-А 150
Приложение 2.1. Экспериментальные данные для идентификации 150
Приложение 2,2- Идентификация системы как двумерного объекта 151
Приложение 2.3. Моделирование двумерного объекта 155
Приложение 2.3.1. Моделирование по каналу идт(М2і, W₂2-2 опыт) 155
Приложение 2.3.2. Моделирование по каналу Ццс (Wn, М^-1 опыт) 157
Приложение 2.4. Моделирование развернутой системы с числовыми
параметрами 159
Приложение 2,5. Синтез параметров передаточных функций 162
Приложение 3, Акт внедрения в ФГУП СКВ «Ротор» 164
Приложение 4. Акт внедрения в ООО НПП «Монитор-Механик» 165

Введение к работе

Бурное развитие техники автоматизированного управления и переход от автоматизации отдельных операций к автоматизации крупных технологических процессов послужили толчком для разработки больших сложных комплексов, включающих в себя несколько сравнительно простых автоматизированных систем, взаимодействующих друг с другом.

Наличие взаимных связей для улучшения качества и убыстрения процессов управления неизбежно ведет к многократному повышению сложности такого рода комплексов по сравнению с простыми системами с одной регулируемой величиной. Важнейшей задачей при проектировании таких комплексов является мисіосторопнее исследование с целью обеспечения качественных характеристик управления. Большую роль при этом играет идентификация систем и объектов управления, которые могут быть представлены мпогосвяшой моделью. Особенно остро проблема идентификации многомерных объектов встает в задачах исследования взаимодействия технических устройств и систем управления с источниками знеріии оіраниченной мощности, динамических стендов, систем управления вооружением горизонтального и вертикального наведения и так далее.

Вопросам идентификации систем и объектов управления уделяется серьезное внимание и посвящено множество книг и статей. Регулярно проводятся международные симпозиумы- Существенный вклад в развитие теории и практических методов идентификации объектов и систем внесли отечественные ученые; Морозовский В,Т., Райбман H,C._S Растригин Л.А., Устюгов М.Н., Цышшн ЯЗ.,, Чинаев \ І.И. и др., а также зарубежные - Калман Р., Эйкхофф 11., Сэйдж Э,ГТ,_Т Лыонг Л. и др.

годам идентификации, проблема систематизации различных методов с целью реализации в виде специализированных инструментальных средств далека до практического завершения,

Поэтому особенно актуальными становятся разработки алгоритмического обеспечении идентификации и его программной реализации в виде интегрированных комплексов, предоставляющих исследователю возможность работы с более широким спектром модельных структур.

Целью диссертационной работы является разработка алгоритмов и создание программного комплекса для проведения параметричеекой идентификации одномерных и многомерных динамических объектов различной структуры и сложности, использование которых позволит повысить эффективное гь формирования моделей на основе результатов наблюдений и исследования их свойств,

С учетом особенностей многомерных динамических объектов, для достижения цели поставлены следующие задачи.

1. Проанализировать общие подходы к идентификации объектов, провести классификацию методов идентификации,

2. Выполнить рсферативно-аналитический обзор современных программных средств идентификации, сформулировать іребования к программному комплексу»

3. Исследовать и предложить модифицированные алгоритмы идентификации одномерных и двумерных динамических объектов во временной и частотной областях.

4. Обобщить методику идентификации одномерных и двумерных динамических объектов для трехмерных, синтезировать алгоритмы, необходимые для идентификации многомерных динамических систем.

5. Разработать структурно-функциональную схему программною комплекса,

6. Разработать алгоритм функционирования комплекса.

1. Реализовать структуры программных модулей, осуществить программирование разработанных алгоритмов в виде интегрированного программного комплекса.

8, Провести экспериментальное исследование разработанных алгоритмов на модельных структурах и реальном объекте.

Областью исследования данной работы являет^ оценивание параметров, основанное на экспериментальных наблюдениях и Обработке информации, т.е. параметрическая идентификация. Предметом исследовании диссертации является совокупность взаимосвязанных задач автоматизированного построения математических моделей, методов исследования, идентификации одномерных и многомерных динамических объектов, лежаших в основе разрабатываемого программного комплекса.

В соответствии с поставленной целью на ^аі^кту выносятся следующие основные положения:

алгоритмы и методы идентификации одном^_рных линейных непрерыв
ных динамических объектов но характеристикам "в^_од__выход" _во временной \\
частотной областях;

. алгоритмы и методы идентификации одном_ерпьгх нелинейных непрерывных динамических объектов, описываемых мод_елями Гаммерштейна, Винера, общет вида и их параллельным соединением;

алгоритмы и методы идентификации двумерн_Ь1Х линейных непрерывных динамических объектов по характеристикам ^!"вход-в_ЫХод^и _во временной области на основе обобшенных временных характеристик^

алгоритмы и методы идентификации трехмерных линейных непрерывных динамических объектов по характеристикам "дход-выход" во временной области но обобщенным временным характеристика^

реализация программного обеспечения идентификации одномерных и многомерных динамических объектов в виде интег]_ЗИр_{ОБашюго} проіраммного комплекса с широкими функциональными возможна_стями.

Методы исследований. Теоретической и методологической основой диссертационного исследования являются методы ть₀р^_и идентификации, теории автоматического управления, теории многомерных систем автоматического регулирования, теории вероятности, теории векторнь-_маТр_ИЧНОГО анализа, численные методы оптимизации, методы автоматизир(_{1ванш>го} численного математического моделирования на ЭВМ.

7 Научная навиіна.

1. Для класса линейных одномерных динамических систем предложен алгоритм идентификации во временной области, основанный на использовании функций чувствительности второго рода и позволяющий исключить интегрирование уравнений опорной системы,

2. Предложен модифицированный алгоритм идентификации одномерных динамических объектов в частотной области, Основанный на методе наименьших отклонений годографов полученных моделей и объекта.

3. Синтезированы алгоритмы идентификации двумерных и трехмерных объектов во временной области но обобщенным вр$_менным характеристикам.

Практическая ценность. Программная реализация разработанных и усовершенствованных алгоритмов идентификации одномерных и двумерных динамических объектов использованы: в ФГУТТСКг; "Ротор" (г. Челябинск) на стадии предварительного проектирования для построения математических моделей электромеханических следящих систем с ист_{ОЧЕШКам1]} питания ограниченной мощности, в ООО 1ІПП "Монитор-Механик'' (_Гг Челябинск) при производстве балансировочных станков па этапе наладки измерительных систем для оценки исследуемых параметров. Интегрированный программный комплекс будет востребован в учебном процессе в лекционных курсах "Моделирование систем", "Идентификация систем", "Основы САПР" _при подготовке бакалавров и магистров по направлениям "Автоматизация и управление", "Системный анализ и управление" и может заинтересовать различите оріанизации. исследовательские центры и лаборатории, осуществляющие Гір_ОЄіСТИр₀вание объектов и систем управления.

Основные положения и результаты работы ДС,_{кладтліїшгась на} конференциях, в том числе в рамках ежегодной Весроссий_скои научно-технической конференции "Фундаментальные исследования в технических университетах" (г. Санкт-Петербург, 1999 - 2000 гг.), а так_же па ежегодных научно-технических конференциях ЮУрГУ (г. Челябинск, І099 - 2002 гг.).

Базовые положении и результаты исследовш_ши отражены в 7 публикациях.

Похожие диссертации на Алгоритмы и программное обеспечение параметрической идентификации многомерных динамических объектов на основе обобщенных временных характеристик

Совершенствование динамических характеристик систем стабилизации движущихся объектов на основе использования магнитогидродинамических эффектовМеркулов Александр Владимирович

Математическое и программное обеспечение идентификации нелинейных динамических объектов при использовании суммы гармонических сигналовЕвдокимов Иван Валерьевич

Алгоритмы идентификации объектов на основе вейвлет-подобных преобразований ГауссаМинко Анна Александровна

Идентификация музыкальных объектов на основе непрерывного вейвлет-преобразованияФадеев Александр Сергеевич

Разработка и исследование комбинированных методов идентификации проектируемых объектов на основе принципов самоорганизации Кикоть Валерий Степанович

Идентификация нелинейных статических объектов на основе квазиправдоподобных оценок при неоднородных наблюденияхЛинеенко Михаил Борисович

Идентификация границ слабоструктурированных трехмерных объектов на основе методов дискретной оптимизации : на примере геофизических исследований скважинВерхотурова Олеся Михайловна

Непараметрическая идентификация управляемых динамических объектов и систем на основе экспликативно-множественного подходаНедвига Александр Владимирович

Идентификация линейного динамического объекта в условиях действия возмущений на основе его представления в виде комбинации типовых звеньевЛитвинова Варвара Сергеевна

Повышение эффективности терапии лекарственных средств методами и средствами магнитобиологии на основе оптимизации характеристик магнитного поляГребенников Александр Михайлович