Система ГАММА: программное обеспечение конечно - частотной идентификации

Система ГАММА: программное обеспечение конечно-частотной идентификации

,

Россия, Москва, ИПУ РАН, *****@

Россия, Электросталь, ЭПИ МИСиС, [e-mail]

1.Введение

К настоящему времени разработан ряд методов идентификации объектов управления, описываемых линейными дифференциальными уравнениями. Эти методы условно можно разделить на две группы в зависимости от предположений о помехах измерения и внешних возмущениях, приложенных к объекту.

Первую группу составляют методы идентификации объектов, помехи и возмущения в которых – случайные процессы с известными статистическими характеристиками. Это различные варианты метода наименьших квадратов и метода стохастической аппроксимации [1]. Вторая группа – это методы идентификации при неизвестных ограниченных помехах и возмущениях (с неизвестными статистическими характеристиками): рандомизированные алгоритмы [2] и конечно-частотная идентификация [3].

Процесс идентификации может быть пассивным либо активным. В случае пассивной идентификации измеряемым входом объекта является управление, которое зависит от целей объекта и не связано с задачей идентификации. Может случится, что при таком входе идентификация объекта невозможна. В связи с этим используется активная идентификация, при которой измеряемый вход объекта содержит наряду с управлением дополнительное воздействие (испытательный сигнал), предназначенное для идентификации объекта.

Метод конечно-частотной идентификации предназначен для активной идентификации. Испытательный сигнал представляет собой сумму гармоник с автоматически настраиваемыми (самонастраиваемыми) амплитудами и частотами. Число этих гармоник не превышает размерность вектора состояний объекта управления. Самонастройка амплитуд осуществляется для выполнения требований к допустимым границам входа и выхода объекта, которые выполняются, когда испытательный сигнал отсутствует.

Метод конечно-частотной идентификации был ранее реализован в пакете АДАПЛАБ-М в рамках системы MATLAB [4]. В данной работе рассматривается программная реализация этого метода в системе ГАММА [5].

2. Структура и особенности системы ГАММА

Система ГАММА представляет собой многоуровневую систему (рис.1). Первый уровень (среда инженера) представляет собой совокупность программных средств для автоматического решения задач синтеза САУ инженерами-разработчиками. Второй уровень (среда исследователя) содержит средства для разработки программного обеспечения первого уровня. Третий уровень – средства интеграции системы ГАММА с интеллектуальной системой ИНСТРУМЕНТ [6], обеспечивающие дополнительные возможности по разработке исследователями процедур синтеза САУ.

Рис.1 Структура системы ГАММА

Программное обеспечение первого представляет собой набор директив. Директива – это программа, решающая задачу определенного класса (синтез, идентификация, адаптивное управление). Директива состоит из интерфесной части, обеспечивающей ввод исходных данных и вывод результатов, и расчетной. Для решения задачи пользователь (инженер) выбирает из списка директиву и затем по запросу системы вводит на естественном языке исходные данные: дифференциальные уравнения объекта, границы возмущений, допуска на технические показатели и т. д. После ввода исходных данных задача решается автоматически. Результатом работы ГАММА-2РС являются дифференциальные либо разностные уравнения регулятора (для задач синтеза и адаптации), идентифицированная модель объекта (для задач идентификации).

Для разработки директив используется язык ГАММА, интерпретатор которого является часть самой системы. До настоящего времени этот язык обладал ограниченными возможностями и использовался только создания структуры директивы. Основная часть вычислений осуществлялась модулями, написанными на С и FORTRANE, а директива представляла собой последовательный вызов модулей.

3. Программное обеспечение частотной идентификации в системе ГАММА

Возможности языка ГАММА были существенно расширены за счет реализации основных управляющих структур и добавления функций, реализующих операции с матрицами и полиномами. В результате вычислительные модули для директив частотной идентификации были написаны на языке ГАММА.

Программное обеспечение частотной идентификации реализовано в виде группы директив, основной из которых является директива Df123sfloadsu – конечно-частотная идентификация с самонастройкой амплитуд и частот испытательного сигнала. Структура директивы:

<Df123sfloadsu>=<cauchy><tunflosu><testom><tunampsur><tunFoursur> <freqd>.

Здесь использованы следующие модули системы ГАММА:

cauchy – преобразование модели объекта;

tunAmpsur – настройка амплитуд испытательного сигнала;

tunflosu – определение нижней границы собственных частот объекта;

tunFoursur – фильтр Фурье с самонастройкой времени идентификации;

testom – определение испытательных частот;

freqd – решение уравнений частотной идентификации.

Литература

1.  Идентификация систем. Теория для пользователя, Москва: Наука, 1991.

2.  Н, Поляк алгоритмы оценивания и оптимизации при почти произвольных помехах, Москва: Наука, 2003.

3.  Alexandrov, A. G. Finite-frequency identification: selftuning of test signal. Preprints of the 16th IFAC World Congress, CD-ROM, 2005.

4.  Alexandrov, A. G., Orlov, U. F., Mikhaylova, L. S. ADAPLAB-M: identification and adaptation toolbox for MATLAB. 13th Symposium on System Identification. IFAC SYSID'03, 2003, P. .

5.  , , Структура про-грамммного обеспечения для автоматизации разработки алгоритмов автоматического управления // 2005. АиТ, № 4 C. 176-184

6.  Степанов решение задач теории автоматического управления // Вторая Международная конференция по проблемам управления. Избранные труды. В 2-х т. Т. 2.- М.: Институт проблем управления им. РАН, 2003.- С.257-264