Идентификация объектов и систем. Модели, типы моделей и их использование. Типы идентифицируемых объектов. Характеристики случайных процессов и случайных величин. Требования, предъявляемые к методам идентификации

Балаковский институт техники, технологии и управления (филиал)

ГОУ ВПО Саратовский государственный технический университет

Факультет инженерно-строительный

ЛЕКЦИИ

по дисциплине «Идентификация и диагностика систем»

специальности 220201.65-Управление и информатика в технических системах

для студентов очной формы обучения

Автор: к.т.н. доцент Стельмах И.В.

2010 г.

Лекция  № 1. 

Цель лекции: изучение основных понятий теории идентификации.

Идентификация  объектов и систем

Под идентификацией в широком смысле понимается получение или уточнение по экспериментальным данным моделей реального объекта (процесса) выраженной в тех или иных терминах (т.е. описанном на том или ином языке).

Идентификацией динамической системы (процесса) называется получение или уточнение по экспериментальным данным математической модели систем или процесса выраженной по средствам того или иного математического аппарата.

Идентификация функциональных зависимостей составляет предмет разработки эмпирических формул.

Идентификация статистических объектов составляет один из разделов математической статистики.

Проблема математического описания ОУ является частью общей задачи оптимизации, которая для определенной части объектов естественным образом распадается на две составляющие:

 - построение оптимальной оценки вектора состояния объекта и его неизвестных параметров (задачи идентификации)

-  конструирование оптимального регулятора.

Вместе с тем для достаточно широкого класса объектов, в частности технологических процессов и производств, задача оптимизации не может быть решена столь упрощенно. Для таких объектов задача идентификации и математического описания выделяется в самостоятельную задачу, являющуюся основной при осуществлении оптимизации.

Реально эффективность идентификации объектов во многом зависит от удачно выбранного языка и структур моделей, которые целиком базируются на теоретических априорных предпосылках.

В  практических случаях построение моделей часто предполагает использование экспериментальных данных о входных и выходных переменных объектов.

Эффективным средством экспериментального получения этих данных являются вероятности методов, которые предполагают использование либо активных экспериментов, спланированных оптимальным образом, либо пассивных экспериментов с последующей статистической обработкой результатов этих экспериментов и получения достаточно объективной информационной структуре и свойствах исследуемого объекта.

В связи с широким внедрением экспериментально-статистических методов в практике научных инженерных и технологических исследований особое значение приобретает рассмотрение теоретических и методических описаний ОУ. В частности при идентификации типовых технологических процессов можно выделить следующие основные этапы исследования:   

1. Предварительное изучение объекта, его структуры и технологии, формулировка задачи исследования и определения кругов решения вопросов.

2. Предварительные экспериментальные исследования, уточнение задачи исследования, выбор параметров и изучение их характеристик. При исследовании характеристик предварительно следует определить интервал съема данных, места контроля, объем требуемой информации и т.д.

3.  Формирование требований, к математическому описанию объекта исходя из предполагаемых задач исследования, а также выбор метода получения экспериментальной информации и определения методов обработки.

4. Исследование  и анализ полученной модели и проверка ее адекватности реальному объекту.

Предметом теории идентификации являются методы определения математических моделей объектов различной природы по результатам их экспериментальных исследований.

Идентификация должна обеспечивать определения, структуры и параметров математической модели, при которых достигается наилучшие совпадения выходных координат моделей и объектов при одинаковых входных воздействий.

В общем случае модели могут быть концептуальные, физические и математические, в зависимости от того, какая сторона является в данном случае наиболее существенной.

Для получения математических описаний объекта возможно два принципиально разных подходов:

1. Теоретические методы создания математической модели, базирующего на априорных знаниях о физических процессах в объекте.

2. Использование экспериментальных методов реальных характеристик объекта.

Следует различать несколько целей использования модели объекта:

1) Исследование, предполагающее интерпретацию полученных результатов наблюдений их анализ и последующее уточнение задач.

2) Проектирование. В этом случае данное наблюдение используется для построения модели, удовлетворяющей требуемому критерию проектирования (по точности, по надежности).

3) Управление. В этом случае осуществляется выбор способов управления системы, которая зависит от имеющейся информации, связанной с моделью объекта. При этом принято определять три режима управления (работы системы).