Структурная и параметрическая идентификация динамических систем. Изучение влияния шума измерения на погрешность идентификации

Цель: Провести структурную и параметрическую идентификацию динамической системы.

Задача: Произвести структурную и параметрическую идентификацию динамической системы. Идентификации подлежит зависимость уровня в баке от расхода жидкости. Модель должна строиться в виде передаточной функции.

Для выполнения работы используется стенд «Основы АСУТП».

Интерфейс программы показан на рис.21.

Рис. 21. Интерфейс программы для ЛР № 3

Перед началом выполнения лабораторной работы необходимо получить у преподавателя свой вариант задания, в котором указаны:

1. Номер бака, с которым предстоит работа и состояние выпускных клапанов в баке.

2. Уровень шума измерений.

Последовательность действий:

1. На вкладке «ЛР №1» Установить переключатель баков в нужное положение. Ввести нулевой уровень шума, а так же количество измерений. Перейти на вкладку «ЛР №3».

2. Ввести путь к файлу, в который будут записаны результаты измерений.

3. Определить расход жидкости при включении насоса. Для этого закрыть все клапана. Включить насос и замерить изменение уровня жидкости за определенный промежуток времени. Рассчитать объемный расход жидкости, зная скорость изменения уровня и геометрические размеры бака (узнать у преподавателя). При расчете считать расход постоянным и независящим от уровня жидкости. Ввести рассчитанное значение в программу в поле «Расход [л/мин]».

4. Кнопками управления клапанами установить уровень в рабочем баке на минимальный уровень.

5. Для запуска процесса сбора данных для идентификации нажать кнопку «Старт». Выждать не менее 15 секунд для записи состояния системы без воздействия. Сбор данных для идентификации ведется с периодом 5 секунд.

6. Включить насос, который соответствует выбранному баку, и снять не менее 10 точек переходного процесса.

7. Завершить измерения нажатием на кнопку «Стоп». При желании процесс снятия переходного процесса можно повторить. Для этого надо нажать на кнопку «Повтор».

8. Произвести структурную идентификацию исследуемого объекта. Для этого можно воспользоваться видом переходной характеристики, сравнив ее с реакцией на ступенчатое воздействие типовых динамических звеньев. Другой вариант структурной идентификации заключается в определении дифференциального уравнения, связывающего эти зависимости, линеаризации этого уравнения и нахождения передаточной функции, отвечающей данному дифференциальному уравнению.

Рис. 22. Интерфейс программы. Идентификация системы

9. Произвести параметрическую идентификацию. Для этого перейти на вкладку «Идентификация»

10. Задать структуру модели. Для этого в соответствующие поля необходимо ввести порядки полиномов числителя и знаменателя передаточной функции, а так же задать порядок астатизма передаточной функции.

11. Произвести параметрическую идентификацию, для этого нажать на кнопку «Идентификация». В случае успешного расчета на экране появится математические модели динамического объекта, записанные в виде передаточной функции для непрерывной системы , для дискретной системы , и в виде модели в пространстве состояний.

12. На графике показаны отклики реального объекта и полученной модели. По ним можно оценить адекватность полученной модели. В случае значительного отклонения этих откликов друг от друга повторите процедуру структурной идентификации. Возможно, вы допустили ошибку.

13. Используя ЛАФЧХ, диаграмму Найквиста и диаграмму расположения нулей и полюсов определите характеристики полученной модели. Такие как: устойчивость, полоса пропускания, статический коэффициент передачи.

14. Повторите процедуру идентификации с пункта №4. Для случая с ненулевым шумом измерения (уровень указан в задании на лабораторную работу).

15. Сравните результаты идентификации с шумом и без, сделайте соответствующие выводы.

16. В отчет по лабораторной работе должны входить расчеты структуры модели. Таблицы и графики результатов измерений. Полученные модели в виде передаточной функции для непрерывной системы. Выводы по работе.

Рис. 3. Интерфейс программы. ЛАФЧХ

Рис. 4. Интерфейс программы. Диаграмма Найквиста

Рис. 55. Интерфейс программы. Расположение нулей и полюсов

12. Лабораторная работа №4.