Введение к работе
Актуальность работы
Развитие автоматизации производства немыслимо без использования различных методов построения адекватных математических моделей объектов для целей управления. Современные системы управления разрабатываются, в основном, для сложных многоэлементных производств. Если не вникать во внутреннюю структуру исследуемого объекта, а моделировать связь между его входным и выходным процессами, то это приводит к значительному упрощению модели.
Одним из наиболее широко разрабатываемых в последнее время в этом направлении подходов является описание объектов с помощью блочно-ориентированных моделей. Блочно-ориентированные модели -это представление нелинейных систем в виде различных комбинаций инерционных звеньев и нелинейных безынерционных элементов. Такое представление моделей позволяет связать в явном виде входные и выходные переменные объектов с различной структурой и степенью нелинейности. Математическое описание блочно-ориентированных моделей является упрощенным случаем функционального ряда общего вида. К таким системам относятся системы типа Гаммерштейна, Винера, Винера-Гаммерштейна, фильтра Заде, обобщенной модели Винера и Sm-системы. Методы идентификации такого типа систем разрабатывались Райбманом Н.С., Овсепяном ФА, Осовским Л.М., Биллингсом, Факхуори, Рубаном А.И., Солодовниковым В.В, Дробышевым Ю.П., Сверкуновым Ю.Д., Каминскасом ВА, Ивановым А.И., Буштруком А.Д. и др. Модели типа фильтра Заде, обобщенной модели Винера и Sm-системы более полно отражают все совокупности взаимосвязей в объекте, чем модели типа Гаммерштейна, Винера и Винера-Гаммерштейна.
Объектом исследования являются нелинейные динамические
объекты (НДО) типа фильтра Заде, которые описывают довольно
широкий класс реальных объектов. Зачастую при идентификации
нелинейных систем, описываемых функциональными операторами этого
типа, решается задача параметрической идентификации и определение
вида моделей за счет последовательного перебора алгоритмов. Это
требует значительных временных и материальных затрат. Эти затраты
можно сократить, подавая на вход моделей сумму многочастотных
гармонических входных воздействий, и решить задачу структурной
идентификации, поэтому разработка метода структурной идентификации
нелинейных динамических объектов, представленных в виде блочно-
ориентированных моделей в классе фильтра Заде, на основе
использования суммы гармонических тестирующих воздействий является
актуальной. _____
«>C НАЦИОНАЛЫНАм'
ВИБЛИОТЕМ і
^Ж1
Цель работы
Целью диссертационной работы является разработка и исследование метода и алгоритмов структурной и параметрической идентификации НДО в классе моделей фильтра Заде на основе использования суммы гармонических сигналов.
В соответствии со сформулированной целью в работе решены следующие задачи:
-
Обзор и классификация методов идентификации объектов с целью определения области исследования.
-
Разработка метода структурной и параметрической идентификации НДО в классе моделей фильтра Заде и Гаммерштейна, основанного на использовании тестового сигнала в виде суммы гармонических компонент. Разработка корреляционных уравнений идентификации НДО в классе фильтра Заде.
-
Разработка метода и алгоритмов определения статических характеристик нелинейного объекта типа фильтра Заде на основе использования тестового сигнала в виде суммы гармонических компонент.
-
Разработка метода и алгоритмов идентификации вида функционального оператора модели НДО в классе фильтра Заде.
-
Разработка методики определения аппроксимирующих характеристик для импульсных переходных функций (ИПФ) и определения значений их параметров для линейных звеньев с дробно-рациональной передаточной функцией в нелинейной модели на этапе структурной идентификации.
-
Разработка методики оценки полосы пропускания нелинейного объекта в классе моделей фильтра Заде на основе полученной информации о статических характеристиках, виде функционального оператора, виде аппроксимирующих функций для ИПФ и начальных значений постоянных времени.
3. Разработка программного обеспечения для метода структурной
идентификации НДО в классе моделей фильтра Заде, основанного на
использовании тест-сигнала в виде суммы гармонических компонент.
Методы исследования
В диссертационной работе для решения поставленных задач использованы методы: теории вероятностей и математической статистики, линейной алгебры, статистического анализа, регрессионного анализа и первичной обработки данных, теории управления, матричного исчисления.
Научная новизна работы заключается в следующем:
разработан метод структурной идентификации НДО в классе моделей фильтра Здце, основанный на использовании тестового сигнала в виде суммы гармонических компонент;
разработан метод и алгоритмы определения статических характеристик НДО в классе модели фильтра Заде при использовании тестового сигнала в виде суммы гармонических компонент;
разработана методика определения аппроксимирующих характеристик для импульсных переходных функций для дробно-рациональной передаточной функции линейных звеньев в нелинейной модели на этапе структурной идентификации;
разработана методика определения оценок параметров импульсных переходных функций для дробно-рациональной передаточной функции линейных звеньев в нелинейной модели на основе полученной информации о виде функционального оператора;
разработаны блок-схемы измерительно-вычислительных систем для реализации процедур идентификации моделей НДО типа фильтра Заде;
- разработана методика оценки полосы пропускания нелинейного объекта в классе моделей фильтра Заде на основе полученной информации о статических характеристиках, виде функционального оператора, виде аппроксимирующих функций для ИПФ и начальных значений постоянных времени.
Практическая ценность
Практическая ценность данной работы заключается в том, что предлагаемый метод и алгоритмы структурной и параметрической идентификации НДО в классе моделей Заде, по сравнению с другими методами структурной и параметрической идентификации моделей рассматриваемого класса, существенно упрощают технику эксперимента, приводят к сокращению временных затрат на проведение испытаний на объекте и сокращению вычислительных операций.
Результаты работы дают основания для построения автоматизированной системы управления на базе современных технических средств.
По теме диссертации выполнялись работы в соответствии с планами научно-исследовательских работ кафедры «Управление в технических системах» Братского государственного технического университета.
Результаты диссертационной работы использованы ООО "Илим Братск Лесопильно-Деревоперерабатывающий завод" для получения моделей сушильных камер "Str5mberg" и внедрены в учебном процессе ГОУВПО «БрГТУ».
Апробация работы
Основные результаты работы докладывались:
на XXIII - XXV межрегиональных научно - технических конференциях Братского государственного технического университета (г.Братск, 2002 - 2004г.г.);
на международных научно-технических конференциях (Сош-
puter-based conference), г. Пенза, 2002, 2004 г.г.;
на V и VI Международных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Интеллектуальный потенциал вузов - на развитие Дальневосточного региона России», г. Владивосток - 2003, 2004 г.г.
на всероссийской молодежной научно-технической конференции "Молодые ученые Сибири" - г. Улан-Удэ - 2003 г.
на региональной научно-практической конференции,
посвященной 130-летию Куйбышевской железной дороги.(г.Самара2004).
Публикации
По результатам диссертационной работы опубликовано 9 работ. Личное участие автора диссертации заключается в разработке и исследовании алгоритмов и методов структурной и параметрической идентификации модели фильтра Заде на основе использования суммы гармонических многочастотных сигналов. Проведено цифровое моделирование разработанного метода идентификации, на основании которого даны практические рекомендации по применению предложенных алгоритмов, проведено экспериментальное исследование.
Структура и объем диссертационной работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Объем диссертации составляет 131 страницу основного текста, 20 рисунков, 9 таблиц. Список литературы содержит 113 наименований.