Идентификация динамических систем по методу МНК
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИНСТИТУТ ГЕОЛОГИИ И НЕФТЕГАЗОДОБЫЧИ
Кафедра "Автоматизации и управления"
ОТЧЕТ
по дисциплине
"Идентификация и диагностика систем"
к лабораторной работе № 3
"ИДЕНТИФИКАЦИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПО МЕТОДУ МНК"
Тюмень 2015
Задание
Задана система из двух линейных дифференциальных уравнений:
где , - переменные состояния, и - входные сигналы, и - известные параметры.
Значения параметров и и выбор переменной состояния доступной к измерению указаны в Таблице 3.1 Параметры моделирования (временной интервал и шаг дискретизации) и форма входных сигналов и указаны в Таблице 3.2.
Необходимо составить схему численного моделирования системы, заданной в виде передаточной функции. Построить графики переходных процессов переменных состояний и графики сигналов управления.
Построить схему МНК - идентификации для данной модели, проверить результаты идентификации по параметрам модели и по графикам выбранного выходного сигнала.
Значения параметров системы
Таблица 3.1
№ вар-таИзмер. переменнаяФорма сигнала управл-ия1А0123-1-2-3-4
Параметры моделирования и формы сигналов управления
Таблица 3.2
Форма сигналов управленияAВременной интервал моделирования km200Шаг по времени 0,02u1 (k) u2 (k) 1
Выполнение
Составим схему численного моделирования системы
Рассмотрим модель в форме пространства состояний:
Здесь - переменные состояния, - сигналы управления, и - параметры модели.
Зададим временной период и шаг интегрирования
) Модель переводится в дискретный вид:
) Задается сигнал управления и его производная
) Строится численная схема расчета с использованием схемы Эйлера.
Переходя к матричной форме:
Скрипт решения приведен ниже:
all;= 0; % Задание начальных условий= 1;
a21 = 2;= 3;= - 1;= - 2;= - 3;= - 4;= 0.02; % шаг
km = 100; % правая граница= zeros (2,km); % начальное обнуление Х(1,1) = 1; % начальные условия(2,1) = - 1;= [a11,a12; a21,a22];= [1,0; 0,1;];k=1: km %заполнение управляющих сигналов
kdt (k) = (k-1) *dt;(k) = k/200;(k) = 1;k=1: km-1(1) = b11*u1 (k) + b12*u2 (k);(2) = b21*u1 (k) + b22*u2 (k);(1,k+1) = dt*A (1,1) *x (1,k) + dt*A (1,2) *x (2,k) +x (1,k) + ub (1);(2,k+1) = dt*A (2,1) *x (1,k) + dt*A (2,2) *x (2,k) +x (2,k) + ub (2);
end= 1: 1: km;
%=========================Построение графиков('name','Управляющие воздействия u1 (k*dt),u2 (k*dt) '); %открытие окна для графика(kdt,u1 (k),kdt,u2 (k)); %рисуем график
set (gca,'YLim', [0 2]);('u1 (k*dt) ','u2 (k*dt) ');on; %сетка отображается('kdt','fontname','arial','fontsize',21,'color', [1 1 0]); % подпись Х('y','fontname','arial new','fontsize',23,'color', [0 1 0]); %подпись Y
figure ('name','Переходные процессы x1 (k*dt),x2 (k*dt) '); %открытие окна для графика(kdt,x (1,:),kdt,x (2,:)); %рисуем график
legend ('x1 (k*dt) ','x2 (k*dt) ');on; %сетка отображается('kdt','fontname','arial','fontsize',21,'color', [1 1 0]); % подпись Х('y','fontname','arial new','fontsize',23,'color', [0 1 0]); %подпись Y
Результаты работы приведены на Рис.3.1 и Рис.3.2 К отчету прилагается файл "Lab3_1. m" с реализацией этого задания.
Рис.3.1 - Управляющие воздействия
Рис.3.2 - Переходные процеессы
Сделаем идентификацию по схеме МНК.
Записываем исходную модель (в дискретной форме):
По условию измеряется , и переменная не доступна к измерению. Она исключается из системы, для этого из первого уравнения выражается и подставляется во второе:
Раскрываем скобки:
И группируем переменные
) В качестве выходной переменной примем сигнал , переносим его в левую часть:
идентификация динамическая система сигнал
и окончательно (умножая правую часть на коэффициент ):
получим искомую линейно-регрессионную форму
,
где - вектор параметров,
- вектор регрессионных переменных.
) Формируется матрица и вектор для схемы МНК. Находится решение схемы МНК - оценку вектора параметров по уравнению:
Скрипт приведен ниже:
all;= 0; % Задание начальных условий= 1;
a21 = 2;= 3;= - 1;= - 2;= - 3;= - 4;= 0.02; % шаг
km = 100; % правая граница= zeros (2,km); % начальное обнуление Х(1,1) = 1; % начальные условия(2,1) = - 1;= [a11,a12; a21,a22];= [1,0; 0,1;];k=1: km %заполнение управляющих сигналов
kdt (k) = (k-1) *dt;(k) = k/200;(k) = 1;k=1: km-1(1) = b11*u1 (k) + b12*u2 (k);(2) = b21*u1 (k) + b22*u2 (k);(1,k+1) = dt*A (1,1) *x (1,k) + dt*A (1,2) *x (2,k) +x (1,k) + ub (1);(2,k+1) = dt*A (2,1) *x (1,k) + dt*A (2,2) *x (2,k) +x (2,k) + ub (2);
end= 1: 1: km;
%===========================================Метод МНК
%Формируем необходимые векторыk=1: km-1
dx (1,k) = (x (1,k+1) - x (1,k)) /dt;(1,km) = 0;(2,k) = (x (2,k+1) - x (2,k)) /dt;(2,km) = 0;(1,k) = (u1 (k+1) - u1 (k)) /dt;(1,km) = 0;(2,k) = (u2 (k+1) - u2 (k)) /dt;(2,km) = 0;= [dx (1,:) x (1,:) du (1,:) u1 du (2,:) u2];= vt';= vt*v;= v*x (1,:);
c1 = inv (F) *b;
% Матрица для проверки
c1 = [ (a11+a22) /a12 (a12*a21-a11*a22) /a12 b11/a12 (a22*b11-b21*a12) /a12 b12/a12 (a12*b22-b12*a22) /a12];
c1
Результаты работы приведены на Рис. 3.3
Рис.3.3 - Нахождение коэффициентов МНК
Сравнение
Сравнение параметров модели и результатов идентификации. Как видно из графика на Рис.3.4 параметры модели и результатов идентификации совпадают, что говорит о правильности решения.
Рис.3.4 - Сравнение параметров модели и результатов идентификации
Сравнение графиков модельного выходного сигнала и оценки выходного сигнала, восстановленной по схеме МНК
В качестве исходных данных для схемы МНК нам задан график (переходный процесс) выходного сигнала . Мы можем построить оценку этого сигнала , используя найденную оценку вектора параметров по линейно-регрессионной формуле:
Сравнить модельный сигнал и оценку сигнала можно по формуле для суммы СКО для всех точек измерений:
При точных оценках вектора СКО должно равняться нулю и графики и должны совпадать.
В построенной модели величина отклонения равна 0,02749, что подтверждает правильность решения.
Полный скрипт приведен ниже:
К отчету прилагается файл "Lab1_3. m" с реализацией этого задания
all;= 0; % Задание начальных условий
a12 = 1;= 2;= 3;= - 1;= - 2;= - 3;= - 4;= 0.02; % шаг
km = 100; % правая граница= zeros (2,km); % начальное обнуление Х(1,1) = 1; % начальные условия(2,1) = - 1;= [a11,a12; a21,a22];= [1,0; 0,1;];k=1: km %заполнение управляющих сигналов
kdt (k) = (k-1) *dt;(k) = k/200;(k) = 1;k=1: km-1(1) = b11*u1 (k) + b12*u2 (k);(2) = b21*u1 (k) + b22*u2 (k);(1,k+1) = dt*A (1,1) *x (1,k) + dt*A (1,2) *x (2,k) +x (1,k) + ub (1);(2,k+1) = dt*A (2,1) *x (1,k) + dt*A (2,2) *x (2,k) +x (2,k) + ub (2);
end= 1: 1: km;
%=========================Построение графиков('name','Управляющие воздействия u1 (k*dt),u2 (k*dt) '); %открытие окна для графика(kdt,u1 (k),kdt,u2 (k)); %рисуем график
set (gca,'YLim', [0 2]);('u1 (k*dt) ','u2 (k*dt) ');on; %сетка отображается('kdt','fontname','arial','fontsize',21,'color', [1 1 0]); % подпись Х('y','fontname','arial new','fontsize',23,'color', [0 1 0]); %подпись Y
figure ('name','Переходные процессы x1 (k*dt),x2 (k*dt) '); %открытие окна для графика(kdt,x (1,:),kdt,x (2,:)); %рисуем график
legend ('x1 (k*dt) ','x2 (k*dt) ');on; %сетка отображается('kdt','fontname','arial','fontsize',21,'color', [1 1 0]); % подпись Х('y','fontname','arial new','fontsize',23,'color', [0 1 0]); %подпись Y
%===========================================Метод МНК
%Формируем необходимые векторыk=1: km-1
dx (1,k) = (x (1,k+1) - x (1,k)) /dt;(1,km) = 0;(2,k) = (x (2,k+1) - x (2,k)) /dt;(2,km) = 0;(1,k) = (u1 (k+1) - u1 (k)) /dt;(1,km) = 0;(2,k) = (u2 (k+1) - u2 (k)) /dt;(2,km) = 0;= [dx (1,:) x (1,:) du (1,:) u1 du (2,:) u2];= vt';= vt*v;= v*x (1,:);
c1 = inv (F) *b;
% Сравнение параметров модели и результатов идентификации
c = [ (a11+a22) /a12 (a12*a21-a11*a22) /a12 b11/a12 (a22*b11-b21*a12) /a12 b12/a12 (a12*b22-b12*a22) /a12];
c= c;
% сравнение графиков модельного выходного сигнала и оценки
%выходного сигнала, восстановленной по схеме МНК
x11=c1*v;= 0;k=1: km= Otkl + (x (1,k) - x11 (k). ^2) / (x (1,k). ^2);
end
Больше работ по теме:
Предмет: Информационное обеспечение, программирование
Тип работы: Практическое задание
Новости образования
КОНТАКТНЫЙ EMAIL: [email protected]
Скачать реферат © 2017 | Пользовательское соглашение
ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ПОМОЩЬ СТУДЕНТАМ