RU68722U1 - DEVICE FOR IDENTIFICATION OF CONTROL OBJECTS - Google Patents
DEVICE FOR IDENTIFICATION OF CONTROL OBJECTSInfo
- Publication number
- RU68722U1 RU68722U1 RU2006120066/22U RU2006120066U RU68722U1 RU 68722 U1 RU68722 U1 RU 68722U1 RU 2006120066/22 U RU2006120066/22 U RU 2006120066/22U RU 2006120066 U RU2006120066 U RU 2006120066U RU 68722 U1 RU68722 U1 RU 68722U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- block
- model
- transfer function
- signal analysis
- signal
- Prior art date
Links
Landscapes
- Complex Calculations (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области систем автоматического управления, а именно к устройствам экспериментального получения математических моделей линеаризуемых объектов управления. Процедура идентификации происходит путем подачи на объект сформированного программируемым генератором (ПГ) тестового сигнала (ТС), который анализируется в блоке анализа входного сигнала и поступает наряду с сигналом из блока анализа выходного сигнала на блок синхронизации для одновременного поступления на блок получения коэффициентов передаточной функции, которые поступают на запоминающее устройство и средства отображения информации. ПГ позволяет генерировать ТС различной формы. Расчетные формулы на основе специального машинно-ориентированного вещественного интерполяционного метода не требуют существенных временных и вычислительных затрат. Применение указанного метода позволяет уточнять решение итерационным путем на основе заданной величины погрешности.The utility model relates to the field of automatic control systems, namely to devices for experimental obtaining mathematical models of linearized control objects. The identification procedure takes place by applying to the object a test signal (TS) generated by the programmable generator (PG), which is analyzed in the input signal analysis block and supplied along with the signal from the output signal analysis block to the synchronization block to simultaneously receive the transfer function coefficients to the block, which arrive at the storage device and information display means. GHG allows you to generate vehicles of various shapes. Calculation formulas based on a special machine-oriented material interpolation method do not require significant time and computational costs. Application of this method allows you to refine the solution iteratively based on a given error value.
Description
Полезная модель относится к области систем автоматического управления, а именно к устройствам экспериментального получения математических моделей линеаризуемых объектов управления.The utility model relates to the field of automatic control systems, namely to devices for experimental obtaining mathematical models of linearized control objects.
Известно устройство, реализующее метод идентификации объекта управления («Способ оптимальной автоматической настройки системы управления» патент РФ №2001103023, МПК G05B 13/00, опубл. 10.02.2003) на основе предложенных полуэмпирических зависимостей между характерными точками реакции объекта на ступенчатое воздействие и параметрами передаточной функции искомой модели.A device is known that implements a method for identifying a control object (“The way to automatically optimize the control system” RF patent No. 2001103023, IPC G05B 13/00, publ. 02/10/2003) based on the proposed semi-empirical dependencies between the characteristic points of the reaction of the object to a step effect and the transfer parameters functions of the desired model.
Устройство, реализующее данный способ, имеет следующий набор структурных блоков, совпадающих с заявляемой полезной моделью: программируемый генератор, позволяющий формировать напряжение тестового сигнала (ТС) в виде ступенчатого воздействия с заданной амплитудой и полярностью, блок анализа выходного сигнала, запоминающее устройство, средства отображения информации.A device that implements this method has the following set of structural blocks that match the claimed utility model: a programmable generator that allows generating a test signal (TS) voltage in the form of a stepwise action with a given amplitude and polarity, an output signal analysis unit, a storage device, and information display means .
Реализация на практике данного подхода позволяет выделить следующие недостатки (Справочник по теории автоматического управления / Под редакцией А.А.Красовского. - М.: Наука, 1987. - 712 с.):The practical implementation of this approach allows us to highlight the following disadvantages (Handbook of automatic control theory / Edited by A.A. Krasovsky. - M .: Nauka, 1987. - 712 p.):
1. Устройство использует пробный сигнал только в виде ступенчатого воздействия, что в некоторых случаях недопустимо, например, из-за значительных механических либо электрических перегрузок.1. The device uses a test signal only in the form of a stepwise effect, which in some cases is unacceptable, for example, due to significant mechanical or electrical overloads.
2. Расчетные формулы оказываются сравнительно сложными и поэтому требуют значительных вычислительных затрат.2. The calculation formulas are relatively complex and therefore require significant computational costs.
3. Точность идентификации, оцениваемая по близости экспериментальной и модельной реакции на ступенчатое воздействие, оказывается невысокой из-за принятых полуэмпирических расчетных формул.3. The accuracy of identification, estimated by the proximity of the experimental and model reactions to the stepwise effect, is low due to the adopted semi-empirical calculation formulas.
4. Передаточная функция модели имеет специальный вид, что обеспечивает хорошие результаты по точности только для частных случаев, когда объект достаточно подробно может быть представлен такой формулой.4. The transfer function of the model has a special form, which provides good accuracy results only for special cases when an object can be represented in sufficient detail by such a formula.
5. Отсутствует возможность коррекции результата с целью получения более точных моделей.5. There is no possibility of correction of the result in order to obtain more accurate models.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство - измеритель характеристик качества (ИХК), вычисляющее первые пять коэффициентов разложения импульсной переходной функции идентифицируемого объекта в ряд Фурье по функциям Лаггера (Бессонов А.А. и др. Методы и средства идентификации динамических объектов/А.А.Бессонов, Ю.В.Загашвили, А.С.Маркелов. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1989. - 280 с.: ил.). С помощью этого прибора реализуется прямая (разомкнутая) процедура идентификации.The closest technical solution, selected as a prototype, is a device - a measure of quality characteristics (ICC), which calculates the first five coefficients of the expansion of the pulse transition function of an identifiable object in a Fourier series by Lagger functions (A. Bessonov et al. Dynamic identification methods and tools objects / A.A. Bessonov, Yu.V. Zagashvili, A.S. Markelov. - L.: Energoatomizdat. Leningra. Department, 1989. - 280 p., ill.). Using this device, a direct (open) identification procedure is implemented.
Как и заявляемая полезная модель, указанный прототип содержит следующие блоки: блок анализа входного сигнала, блок анализа выходного сигнала, блок получения коэффициентов передаточной функции, запоминающее устройство и Like the claimed utility model, this prototype contains the following blocks: an input signal analysis unit, an output signal analysis unit, a transmission function coefficient obtaining unit, a storage device, and
средства отображения информации.means of displaying information.
Недостатками данного устройства являются:The disadvantages of this device are:
1. Устройство использует пробный сигнал только в виде аддитивной смеси рабочего сигнала и напряжения пробного сигнала, вырабатываемого встроенным генератором случайного сигнала с возможностью регулировки уровня случайного сигнала, что может оказаться непозволительным в некоторых случаях.1. The device uses a test signal only in the form of an additive mixture of the working signal and the voltage of the test signal generated by the built-in random signal generator with the ability to adjust the level of the random signal, which may not be permissible in some cases.
2. Громоздкая аппаратная реализация и значительные вычислительные затраты в связи с использованием сложных расчетных формул.2. Bulky hardware implementation and significant computational costs due to the use of complex calculation formulas.
3. Возможность вычисления ограниченного небольшого числа коэффициентов искомой передаточной функции не позволяет получать результаты высокой точности.3. The ability to calculate a limited small number of coefficients of the desired transfer function does not allow to obtain high accuracy results.
4. Отсутствует возможность коррекции результата с целью получения более точных моделей.4. There is no possibility of correction of the result in order to obtain more accurate models.
Предлагаемая полезная модель направлена на устранение указанных недостатков. The proposed utility model is aimed at eliminating these shortcomings.
Полезная модель представляет собой устройство идентификации стационарных объектов, имеющих сосредоточенные параметры, с помощью использования тестовых сигналов (ТС) и содержит следующие функциональные блоки (фиг.1): программируемый генератор (ПГ) 1, блок анализа входного сигнала 3, блок анализа выходного сигнала 4, блок синхронизации 5, блок получения передаточной функции 6, запоминающее устройство 7, средства отображения информации 8.The utility model is a device for identifying stationary objects having lumped parameters using test signals (TS) and contains the following functional blocks (Fig. 1): programmable generator (PG) 1, input signal analysis unit 3, output signal analysis unit 4 , a synchronization unit 5, a transfer function obtaining unit 6, a storage device 7, information display means 8.
Принцип работы устройства поясняется следующим чертежом (фиг.1). Система включает ПГ 1 с регулируемым внутренним сопротивлением, формирующий напряжение ТС с заданными (регулируемыми) параметрами. ТС подается на идентифицируемый объект 2 и на блок получения численной характеристики входного сигнала 3, где происходит получение необходимой информации о виде ТС и его параметрах. Реакция объекта на ТС фиксируется в блоке получения численной характеристики выходного сигнала 4. Для обеспечения синхронизации во времени поступления анализируемой информации о входном сигнале объекта управления и его реакции сигналы с блоков 3 и 4 поступают на блок синхронизации 5, что обеспечивает достоверность анализа имеющейся информации. Сигнал с выхода блока синхронизации поступает на блок получения передаточной функции 6, где происходит вычисление коэффициентов искомой передаточной функции, которые затем поступают на запоминающее устройство 7, служащее для хранения полученной информации. Сигнал с выхода запоминающего устройства поступает на средства отображения информации 8.The principle of operation of the device is illustrated by the following drawing (figure 1). The system includes a steam generator 1 with adjustable internal resistance, forming a voltage of the vehicle with specified (adjustable) parameters. The vehicle is fed to the identifiable object 2 and to the block for obtaining the numerical characteristics of the input signal 3, where the necessary information about the type of vehicle and its parameters is obtained. The reaction of the object to the vehicle is recorded in the block for obtaining the numerical characteristics of the output signal 4. To ensure synchronization in time of the arrival of the analyzed information about the input signal of the control object and its reaction, signals from blocks 3 and 4 are fed to the synchronization block 5, which ensures the reliability of the analysis of the available information. The signal from the output of the synchronization unit is sent to the transfer function obtaining unit 6, where the coefficients of the desired transfer function are calculated, which are then transferred to the storage device 7, which serves to store the received information. The signal from the output of the storage device is supplied to the information display means 8.
Процедура идентификации в предлагаемом устройстве происходит на основе расчетных соотношений, полученных в результате привлечения вещественного интерполяционного метода (Гончаров В.И. Вещественный интерполяционный метод синтеза систем автоматического управления. - Томск: Изд. ТПУ, 1995). В основе метода лежит вещественное интегральное преобразование:The identification procedure in the proposed device is based on the calculated ratios obtained as a result of the involvement of the material interpolation method (Goncharov V.I. The real interpolation method for the synthesis of automatic control systems. - Tomsk: Publishing House TPU, 1995). The method is based on a real integral transformation:
которое ставит в соответствие функции времени f(t) изображение F(δ), имеющее аргументом вещественную переменную δ. Определенные преимущества преобразования (1) по отношению к преобразованиям Лапласаwhich associates the time function f (t) with the image F (δ) having the real variable δ as an argument. Certain advantages of transformation (1) with respect to Laplace transforms
и Фурьеand fourier
определены тем, что оно приводит к функциям-изображениям F(δ) с вещественной переменной δ∈[С, ∞], С≥0, в то время как изображения по Лапласу F(p), р=δ+jω и Фурье F(jω) содержат мнимую составляющую jω. Поэтому численные действия над функциями F(δ) свободны от объемных операций с мнимыми составляющими и оказываются экономичными в вычислительном отношении. Это позволяет устранить первый из отмеченных недостатков.are determined by the fact that it leads to image functions F (δ) with the real variable δ∈ [C, ∞], C≥0, while Laplace images F (p), p = δ + jω and Fourier F ( jω) contain the imaginary component jω. Therefore, numerical actions on the functions F (δ) are free from volumetric operations with imaginary components and turn out to be computationally efficient. This eliminates the first of the noted drawbacks.
Для рассмотрения возможности устранения других недостатков положим, что идентифицируемый объект описывается передаточной функцией вида:To consider the possibility of eliminating other shortcomings, we assume that the identified object is described by a transfer function of the form:
где Y(δ) и U(δ) - изображения сигналов выхода y(t) и входа u(t) объекта. where Y (δ) and U (δ) are images of the output signals y (t) and input u (t) of the object.
С целью упрощения пояснений предположим, что на вход объекта управления подается ТС в виде, например, детерминированного сигнала U1(t)=1(t). Для решения задачи идентификации используем переходную характеристику системы h(t). При этом связь между передаточной функцией объекта и характеристикой h(t) в соответствии с (1) будет иметь вид:In order to simplify the explanations, we assume that a vehicle is supplied to the input of the control object in the form, for example, of a determinate signal U 1 (t) = 1 (t). To solve the identification problem, we use the transition characteristic of the system h (t). In this case, the relationship between the transfer function of the object and the characteristic h (t) in accordance with (1) will have the form:
Используя выражение (4) получимUsing expression (4) we obtain
С целью получения численных моделей и формирования взаимно однозначной связи с исходными непрерывными функциями воспользуемся интерполяционным подходом. Для вещественной функции F(δ), δ∈[С, ∞] зададим узлы δ1, i=1,2,... и In order to obtain numerical models and form a one-to-one relationship with the original continuous functions, we use the interpolation approach. For the real function F (δ), δ∈ [C, ∞], we define the nodes δ 1 , i = 1,2, ... and
найдем значения F(δ1), , η=m+n+1. Число узлов интерполирования примем совпадающим с числом неизвестных коэффициентов в выражении (4).we find the values of F (δ 1 ), , η = m + n + 1. The number of interpolation nodes is assumed to coincide with the number of unknown coefficients in expression (4).
Выбор узлов интерполирования δ1, оказывает существенное влияние на вычислительные особенности и точность решения последующих задач. Имеются рекомендации по их выбору (Гончаров В.И. Вещественный интерполяционный метод синтеза систем автоматического управления, - Томск: Изд. ТПУ, 1995).The choice of interpolation nodes δ 1 has a significant impact on the computational features and the accuracy of solving subsequent problems. There are recommendations for their choice (Goncharov V.I., The Real Interpolation Method for the Synthesis of Automatic Control Systems, - Tomsk: Publishing House TPU, 1995).
В соответствии с выражением (5) на основе дискретизации можно установить связь между функцией h(t) и элементамиIn accordance with expression (5), based on the discretization, we can establish a relationship between the function h (t) and the elements
где Δt - шаг интегрирования, N - число точек интервала, на котором рассматривается изменение h(t).where Δt is the integration step, N is the number of points in the interval on which the change in h (t) is considered.
Математическая модель в виде численной характеристики (ЧХ) (7) должна иметь однозначную связь с вещественной передаточной функцией. Такая связь устанавливается с помощью системы линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) вида:The mathematical model in the form of a numerical characteristic (ChX) (7) should have an unambiguous relationship with the real transfer function. Such a relationship is established using a system of linear algebraic equations (SLAE) of the form:
Определение коэффициентов bm, bm-1,...,b0, аn, аn-1,...,а1 при выбранных значениях m и n сводится к решению СЛАУ и на этом основная часть задачи идентификации решена. Однако она может быть дополнена процедурой проверки точности решения задачи для достижения необходимой точности, если она не получена.The determination of the coefficients b m , b m-1 , ..., b 0 , and n , and n-1 , ..., and 1 for the selected values of m and n is reduced to solving the SLAE and on this the main part of the identification problem is solved. However, it can be supplemented by a procedure for checking the accuracy of solving a problem to achieve the necessary accuracy if it is not obtained.
Для получения необходимой точности имеются две возможности - изменение узлов и, если это обеспечивает достижение цели, повышение значений m и n.To obtain the necessary accuracy, there are two possibilities - changing the nodes and, if this ensures the achievement of the goal, increasing the values of m and n.
Процедура получения передаточной функции поясняется следующим чертежом (фиг.2). В статическом состоянии устройство блока получения передаточной функции представляет собой последовательное соединение следующих блоков: блок записи и фильтрации выборки 9, блок вычисления коэффициентов модели объекта управления 10, блок вычисления переходной характеристики модели объекта управления 11, блок сравнения 12.The procedure for obtaining the transfer function is illustrated by the following drawing (figure 2). In a static state, the device of the transfer function obtaining unit is a series connection of the following blocks: a recording and filtering unit 9, a unit for calculating the coefficients of the model of the control object 10, a unit for calculating the transition characteristics of the model of the control object 11, and a comparison unit 12.
Процесс нахождения передаточной функции можно представить следующим образом.The process of finding the transfer function can be represented as follows.
Сигнал с выхода блока синхронизации подается на вход блока записи и фильтрации выборки 9, что позволяет в качестве исходной информации для блока вычисления коэффициентов модели объекта управления 10 использовать незашумленный полезный сигнал входного воздействия и реакции объекта на воздействие. Полученные коэффициенты модели объекта управления передаются на блок вычисления переходной характеристики модели объекта управления 11, где происходит расчет переходной характеристики для последующего сопоставления в блоке сравнения 12 с исходной переходной характеристикой объекта, откуда сигнал The signal from the output of the synchronization block is fed to the input of the recording and filtering block of the sample 9, which makes it possible to use a noiseless useful signal of the input action and the reaction of the object to the action as the source information for the coefficient calculation block of the model of the control object 10. The obtained coefficients of the model of the control object are transmitted to the block for calculating the transition characteristic of the model of the control object 11, where the calculation of the transition characteristic for subsequent comparison in the block of comparison 12 with the initial transition characteristic of the object, where the signal comes from
поступает на запоминающее устройство, однако при значительной ошибке сигнал с выхода блока сравнения подается на вход блока вычисления коэффициентов модели объекта управления, что иллюстрирует итерационную процедуру нахождения решения.arrives at the storage device, however, with a significant error, the signal from the output of the comparison unit is fed to the input of the coefficient calculation unit of the control object model, which illustrates the iterative procedure for finding a solution.
Ниже приводятся результаты испытаний полезной модели. В качестве объекта исследования взята передаточная функция 3-го порядка.The following are test results of a utility model. The 3rd order transfer function was taken as the object of study.
В качестве объекта управления возьмем модель с передаточной функцией вида:As the control object, we take a model with a transfer function of the form:
B2=8,67·10-3; B1=5,73·10-2; B0=1;B 2 = 8.67 · 10 -3 ; B 1 = 5.73 · 10 -2 ; B 0 = 1;
A3=5,14·10-2; A2=7,34·10-1; A1=1,65.A 3 = 5.14 · 10 -2 ; A 2 = 7.34 · 10 -1 ; A 1 = 1.65.
Время наблюдения T=2tp=8 с и Nizm=100 - количество точек наблюдения переходного процесса.The observation time T = 2t p = 8 s and Nizm = 100 is the number of transient observation points.
Математическая модель после процедуры идентификации имеет следующий вид:The mathematical model after the identification procedure has the following form:
B2=8,615·10-3; B1=5,699·10-2; B0=1;B 2 = 8.615 · 10 -3 ; B 1 = 5.699 · 10 -2 ; B 0 = 1;
A3=5,087·10-2; A2=7,338·10-1; A1=1,65.A 3 = 5.087 · 10 -2 ; A 2 = 7.338 · 10 -1; A 1 = 1.65.
Технический результат от осуществления указанной полезной модели:The technical result from the implementation of the specified utility model:
1. Возможность подачи на объект управления детерминированных сигналов различной формы (ступенчатого, трапецеидального, пилообразного и т.д.), что позволяет учитывать различные особенности функционирования объекта управления для осуществления наиболее рационального и безопасного исследования.1. The possibility of applying to the control object deterministic signals of various shapes (stepwise, trapezoidal, sawtooth, etc.), which allows you to take into account various features of the control object for the implementation of the most rational and safe study.
2. Простота расчетных формул на основе вещественного интерполяционного метода не требует значительных временных и вычислительных затрат при практической реализации.2. The simplicity of calculation formulas based on the real interpolation method does not require significant time and computational costs in practical implementation.
3. При необходимости возможна коррекция результатов за счет привлечения итерационной процедуры настройки на требуемый уровень точности.3. If necessary, it is possible to correct the results by involving an iterative tuning procedure to the required level of accuracy.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006120066/22U RU68722U1 (en) | 2006-06-07 | 2006-06-07 | DEVICE FOR IDENTIFICATION OF CONTROL OBJECTS |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006120066/22U RU68722U1 (en) | 2006-06-07 | 2006-06-07 | DEVICE FOR IDENTIFICATION OF CONTROL OBJECTS |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU68722U1 true RU68722U1 (en) | 2007-11-27 |
Family
ID=38960937
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006120066/22U RU68722U1 (en) | 2006-06-07 | 2006-06-07 | DEVICE FOR IDENTIFICATION OF CONTROL OBJECTS |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU68722U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2620632C1 (en) * | 2016-03-22 | 2017-05-29 | Общество с ограниченной ответственностью "Адаплаб" | Method and system for dynamic frequency identification of controllable objects |
-
2006
- 2006-06-07 RU RU2006120066/22U patent/RU68722U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2620632C1 (en) * | 2016-03-22 | 2017-05-29 | Общество с ограниченной ответственностью "Адаплаб" | Method and system for dynamic frequency identification of controllable objects |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10404393B2 (en) | Clock synchronization method and apparatus | |
| US4901244A (en) | Apparatus for, and method of, analyzing signals | |
| US5768159A (en) | Method of simulating AC timing characteristics of integrated circuits | |
| JP6143943B2 (en) | Method and apparatus for co-simulation of two subsystems | |
| CN103293536B (en) | A kind of batch-automated method of testing of navigation terminal receiver | |
| US20130090886A1 (en) | Method for real-time testing of a control unit for an internal combustion engine using a simulator | |
| US6094527A (en) | Method and apparatus for estimating IC power consumption | |
| JP2004260380A (en) | Measured data synchronizing system | |
| Augustyn et al. | Improved sine-fitting algorithms for measurements of complex ratio of AC voltages by asynchronous sequential sampling | |
| Cooper | Use of optimal estimation theory, in particular the Kalman filter, in data analysis and signal processing | |
| CN108318053A (en) | A kind of space optical remote camera imaging moment stated accuracy measurement method and system | |
| Dorst et al. | Uncertainty-aware data pipeline of calibrated MEMS sensors used for machine learning | |
| RU68722U1 (en) | DEVICE FOR IDENTIFICATION OF CONTROL OBJECTS | |
| Khaled et al. | Context-based polynomial extrapolation and slackened synchronization for fast multi-core simulation using FMI | |
| Xie et al. | Analog circuits soft fault diagnosis using Rényi’s entropy | |
| RU2586859C1 (en) | Method of searching for faulty unit in continuous dynamic system based on change of position of input signal | |
| CN102903370B (en) | Method for identifying high-speed frequency response of multirate system and apparatus therefor | |
| US11610034B2 (en) | Method and device for synchronizing a simulation with a real-time system | |
| Traverso et al. | A nonlinear dynamic S/H-ADC device model based on a modified Volterra series: Identification procedure and commercial CAD tool implementation | |
| Gläser et al. | Temporal decoupling with error-bounded predictive quantum control | |
| CN106209090A (en) | A kind of combining unit pulse per second (PPS) synchronism output system and method based on FPGA | |
| RU2318189C1 (en) | Method for determining inaccuracy of navigational equipment | |
| Dobrogowski et al. | Hardware and software realization of time error measurements with real-time assessment of ADEV, TDEV, and MTIE | |
| RU2166789C2 (en) | Method for determining transfer function coefficients of linear dynamic entities | |
| RU2531474C1 (en) | Device for diagnostics of technical condition of mechanisms |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20140608 |