Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

В3. Динамическая система как объект параметрической идентификации




В нестрогом толковании динамическая система - это объект, в котором взаимодействуют разнотипные переменные, и формируются наблюдаемые сигналы. Наблюдаемые сигналы обычно называют выходными сигналами (с математической точки зрения - выходными переменными). Все остальные сигналы называют возмущениями, которые могут быть разбиты на два класса: измеряемые непосредственно и доступные лишь косвенной оценке по воздействию, оказываемому ими на выходной сигнал.

С точки зрения описания объекта разница между входными сигналами и измеряемыми возмущениями (помехами) часто оказывается несущественной (см. рис. 3).

 

 
Рис. 3. Динамическая система с выходным сигналом , входным сигналом (задающим воздействием) , измеряемой помехой и неизмеряемой помехой

 

 

Проиллюстрируем понятие идентифицируемой динамической системы и вход-выходных сигналов в ней несколькими примерами.

 

Пример 1. Дом с солнечным подогревом (рис. 4).

Принцип функционирования. Воздух в солнечной панели разогревается солнцем и подаётся по трубе в тепловой аккумулятор (заполненный камнями ящик).

 

  Рис. 4. Дом с солнечным подогревом

 

 

С помощью методов идентификации следует выяснить, как зависит температура теплового аккумулятора от изменения солнечного излучения и скорости поддува? Организация информационных потоков в описанной динамической системе показана на рис. 5.

 

  Рис. 5. Информационные потоки в системе “Дом с солнечным подогревом”

 

 

Пример 2. Динамика управления судном (рис. 6, 7).

Принцип действия системы. Движение судна происходит под действием тяговой силы винта и зависит от положения рулей, силы и направления ветра и волн. В качестве измеряемой помехи может рассматриваться течение.

 

    Рис. 7
Рис. 6

 

Пример 3. Речь человека (рис. 8).

Принцип действия системы. Звуки человеческого голоса порождаются вибрацией голосовых связок или, если это не речь, потоком воздуха, проходящим по горлу, и формируются в результате изменений голосового тракта. В этой системе выходной сигнал представляет собой звуковые колебания (то есть изменения давления воздуха), но внешние (входные) воздействия оказываются ненаблюдаемыми.

 

  Рис. 8

 

 

Все эти системы являются динамическими, то есть такими в которых текущее значение выходного сигнала зависит не только от текущих, но и от более ранних значений внешних воздействий.

Выходные данные динамических систем с ненаблюдаемыми внешними воздействиями (пример 3) называют временными рядами. Наиболее широко этот термин используется в экономических приложениях, например при анализе динамики курса валюты.

Реальная динамическая система отличается от создаваемой исследователем модели. Приемлемость модели следует понимать не в плане истинности, а, скорее, в плане полезности её использования в конкретных условиях.

 

В4. Понятие модели

Важнейшими понятиями, используемыми в естественных науках и технике, являются наблюдение и измерение. На основе наблюдений строится физическая модель исследуемого явления, с помощью которой методом проб и ошибок создаётся теория. На достигнутом этапе развития теории планируются новые эксперименты и наблюдения, результаты которых используются для дальнейшего совершенствования теории.

 

Идея построения модели неотделима от понятия наблюдения и измерения. Определим модель как изображение существенных сторон реальной или конструируемой системы, в удобной форме отражающее информацию о системе.

 

В приведённом определении система - это совокупность упорядоченных объектов, в которой каким-либо образом определены задачи и цели. Всё, что не входит в систему, является частью среды. Система характеризуется связями между входными и выходными сигналами, вид которых зависит от выбора границы между системой и средой.

Понятие модели можно дополнить несколькими замечаниями.

1. Модель не должна быть описанием фактического устройства системы. Она может имитировать систему или подражать её поведению.

2. Модели бывают концептуальные, физические и математические (альтернативные названия: феноменологические, эмпирические и аналитические) в зависимости от того, какая сторона явления в данном случае наиболее существенна, от методов построения модели, количества и качества информации.

3. Модель должна быть представлена в удобной форме, то есть являть собой упрощённое отражение действительности.

В технике следует различать несколько целей использования моделей.

1. Исследование. Анализ информации, полученной в результате построения модели и поиск ключей к дальнейшим исследованиям.

2. Проектирование. Характеристики отдельных элементов или подсистем используются для построения модели системы, удовлетворяющей критерию проектирования (устойчивость, точность, надёжность и т. д.).

3. Управление. Способы управления системой зависят от имеющейся информации. В этом случае следует различать:

а) условия нормального функционирования, к которым можно отнести:

- управление по каналам прямых и обратных связей;

- статическую и динамическую оптимизации;

- адаптивное управление;

б) критические ситуации, такие, как частичная поломка, когда способ управления зависит от информации о типе и глубине отказа;

в) стартовые и финишные режимы, когда некоторые элементы программного управления могут зависеть от значений параметров и состояния системы.

Как правило, задача управления разнообразными объектами и процессами заключается в устранении неопределённостей, причиной возникновения которых являются изменяющиеся условия функционирования. Обычная обратная связь может устранить влияние неопределённости или по крайней мере уменьшить эффект её влияния. Однако принцип обратной связи имеет ограничения, проявляющиеся при больших изменениях параметров системы; в этой ситуации возможно использование принципов адаптивного управления.

Проектировщик редко располагает необходимой для синтеза системы управления полной информацией об объекте и окружающей его среде. Даже если известны уравнения системы, часто оказываются неизвестными значения отдельных параметров, а модели слишком сложны.

 

Все задачи идентификации в автоматическом управлении характерны тем, что:

1. для получения недостающей информации ставятся эксперименты над системой;

2. цель идентификации состоит в выработке стратегии управления.

 

 

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...