Statistická a simulační identifikace proporcionální soustavy 1. řádu

Podobné dokumenty
CITLIVOSTNÍ ANALÝZA DYNAMICKÝCH SYSTÉMŮ I

Úvod do zpracování signálů

ZÁKLADY AUTOMATICKÉHO ŘÍZENÍ

U Úvod do modelování a simulace systémů

ZÁKLADY AUTOMATICKÉHO ŘÍZENÍ

Zpětná vazba, změna vlastností systému. Petr Hušek

Analýza lineárních regulačních systémů v časové doméně. V Modelice (ale i v Simulinku) máme blok TransfeFunction

Modelování a simulace Lukáš Otte

Robustnost regulátorů PI a PID

AVDAT Klasický lineární model, metoda nejmenších

Automatizace je proces při němž je řídicí funkce člověka nahrazována činností

Časové řady, typy trendových funkcí a odhady trendů

Časové řady, typy trendových funkcí a odhady trendů

Nastavení parametrů PID a PSD regulátorů

UNIVERZITA PARDUBICE

VLIV VELIKOSTI VZORKOVACÍ PERIODY NA NÁVRH DISKRÉTNÍHO REGULAČNÍHO OBVODU

Verifikace modelu VT přehříváků na základě provozních měření

Testování hypotéz o parametrech regresního modelu

Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologíı Ústav automatizace a měřicí techniky v Brně

Charakterizují kvantitativně vlastnosti předmětů a jevů.

25.z-6.tr ZS 2015/2016

Static and dynamic regression analysis in system identification Statická a dynamická regresní analýza v identifikaci systémů

Regresní a korelační analýza

Chyby měření 210DPSM

Praha technic/(4 -+ (/T'ERATU"'P. ))I~~

AVDAT Nelineární regresní model

Automatizační technika. Regulační obvod. Obsah

10. cvičení z PST. 5. prosince T = (n 1) S2 X. (n 1) s2 x σ 2 q χ 2 (n 1) (1 α 2 ). q χ 2 (n 1) 2. 2 x. (n 1) s. x = 1 6. x i = 457.

Testování hypotéz o parametrech regresního modelu

1 Tyto materiály byly vytvořeny za pomoci grantu FRVŠ číslo 1145/2004.

4EK211 Základy ekonometrie

MĚŘENÍ A ANALÝZA ELEKTROAKUSTICKÝCH SOUSTAV NA MODELECH. Petr Kopecký ČVUT, Fakulta elektrotechnická, Katedra Radioelektroniky

SIGNÁLY A LINEÁRNÍ SYSTÉMY

vzorek vzorek

Úvod do modelování a simulace. Ing. Michal Dorda, Ph.D.

Diagnostika regrese pomocí grafu 7krát jinak

2 Zpracování naměřených dat. 2.1 Gaussův zákon chyb. 2.2 Náhodná veličina a její rozdělení

AVDAT Geometrie metody nejmenších čtverců

The Optimization of Modules for M68HC08 Optimalizace modulů pro M68HC08

4EK211 Základy ekonometrie

Srovnání PID regulace a anisochronního řízení na PLC Tecomat Foxtrot

Modelov an ı syst em u a proces

7. Rozdělení pravděpodobnosti ve statistice

Měření závislosti statistických dat

Regresní analýza 1. Regresní analýza

Flexibilita jednoduché naprogramování a přeprogramování řídícího systému

VÝVOJ ŘÍDICÍCH ALGORITMŮ HYDRAULICKÝCH POHONŮ S VYUŽITÍM SIGNÁLOVÉHO PROCESORU DSPACE

VYUŽITÍ PRAVDĚPODOBNOSTNÍ METODY MONTE CARLO V SOUDNÍM INŽENÝRSTVÍ

PRAVDĚPODOBNOST A STATISTIKA

Tvorba nelineárních regresních

OCHRANA VOJENSKÝCH OBJEKTŮ PROTI ÚČINKŮM VÝKONOVÝCH ELEKTROMAGNETICKÝCH POLÍ, SIMULACE EMC FILTRŮ

SIGNÁLY A LINEÁRNÍ SYSTÉMY

Tvorba nelineárních regresních modelů v analýze dat

Otázky ke státní závěrečné zkoušce

SIGNÁLY A SOUSTAVY, SIGNÁLY A SYSTÉMY

5 Vícerozměrná data - kontingenční tabulky, testy nezávislosti, regresní analýza

Charakterizace rozdělení

Vlastnosti a modelování aditivního

Optimalizace provozních podmínek. Eva Jarošová

Úloha 1: Lineární kalibrace

Ekonometrie. Jiří Neubauer

Univerzita Pardubice Fakulta chemicko technologická Katedra analytické chemie Licenční studium Management systému jakosti

POLYNOMICKÁ REGRESE. Jedná se o regresní model, který je lineární v parametrech, ale popisuje nelineární závislost mezi proměnnými.

REGRESNÍ ANALÝZA NESTACIONÁRNÍCH EKONOMICKÝCH ČASOVÝCH ŘAD

Identifikace a řízení nelineárního systému pomocí Hammersteinova modelu

Ilustrační příklad odhadu LRM v SW Gretl

Stavový model a Kalmanův filtr

1 Modelování systémů 2. řádu

Lineární a adaptivní zpracování dat. 1. ÚVOD: SIGNÁLY a SYSTÉMY

KATEDRA ELEKTRICKÝCH MĚŘENÍ

Neuronové časové řady (ANN-TS)

Opakování z předmětu TES

UNIVERZITA PARDUBICE. 4.4 Aproximace křivek a vyhlazování křivek

CW01 - Teorie měření a regulace

Chyby a neurčitosti měření

Předmět A3B31TES/Př. 13

Téma 22. Ondřej Nývlt

STATISTIKA. Inovace předmětu. Obsah. 1. Inovace předmětu STATISTIKA Sylabus pro předmět STATISTIKA Pomůcky... 7

8. Sběr a zpracování technologických proměnných

SEMESTRÁLNÍ PRÁCE. Leptání plasmou. Ing. Pavel Bouchalík

Teorie náhodných matic aneb tak trochu jiná statistika

Statistika. Regresní a korelační analýza Úvod do problému. Roman Biskup

Statistická analýza jednorozměrných dat

KNIHOVNA MODELŮ TECHNOLOGICKÝCH PROCESŮ

Kalibrace a limity její přesnosti

Statistika II. Jiří Neubauer

DUM 19 téma: Digitální regulátor výklad

4. Aplikace matematiky v ekonomii

4EK211 Základy ekonometrie

Kapitola 1. Signály a systémy. 1.1 Klasifikace signálů

6. Lineární regresní modely

Základy navrhování průmyslových experimentů DOE

4EK211 Základy ekonometrie

Inovace bakalářského studijního oboru Aplikovaná chemie

Modelování systémů a procesů (11MSP) Bohumil Kovář, Jan Přikryl, Miroslav Vlček. 8. přednáška 11MSP pondělí 20. dubna 2015

SIMULACE SPOLEHLIVOSTI SYSTÉMŮ HROMADNÉ OBSLUHY. Michal Dorda. VŠB - TU Ostrava, Fakulta strojní, Institut dopravy

V praxi pracujeme s daty nominálními (nabývají pouze dvou hodnot), kategoriálními (nabývají více

http: //meloun.upce.cz,

Pravděpodobnost v závislosti na proměnné x je zde modelován pomocí logistického modelu. exp x. x x x. log 1

ZPĚTNOVAZEBNÍ ŘÍZENÍ, POŽADAVKY NA REGULACI

Transkript:

XXVIII. ASR '2003 Seminar, Instruments and Control, Ostrava, May 6, 2003 225 Statistická a simulační identifikace proporcionální soustavy. řádu MORÁVKA, Jan Ing., Ph.D., Třinecký inženýring, a.s., Divize realizace, Frýdecká 26, 739 6 Třinec Staré Město, jan.moravka@tzi.trz.cz, www.inzenyr.trz.cz Abstrakt: Cílem příspěvku je prezentovat kvalitu odhadů parametrů při statistické a simulační identifikaci dynamické proporcionální soustavy. řádu. Jako vstupní signál je uvažován jak klasický Heavisideův skok, tak i stacionární náhodný signál s Gaussovým rozdělením pravděpodobnosti (tzv. bílý šum). Výstup soustavy je zatížen aditivním náhodným (nezávislým, tj. nekorelovaným sám se sebou ani se vstupním signálem) poruchovým signálem s různým rozptylem. Je zde také analyzován vliv velikosti periody vzorkování a počtu vzorků na kvalitu odhadů parametrů soustavy. Pro statistickou identifikaci jsou použity kvalitní (s bohatou regresní diagnostikou) statistické programy EasyReg, Statgraphics a QC Expert. Simulační identifikace je provedena v simulačním programu 20sim. Oba přístupy jsou dokumentovány na příkladu z praxe při identifikaci systému primárního chlazení předlitků v zařízení pro plynulé odlévání oceli. Klíčová slova: identifikace, statistický a simulační přístup, proporcionální soustava Matematické modely soustavy Budeme uvažovat spojitou dynamickou proporcionální soustavu se setrvačností.řádu (Sp) a její diskrétní modely invariantní vzhledem k impulsní (vlevo) a přechodové (vpravo) funkci v následující konfiguraci a označení (u(t) = u, u T (t) = u T, y(t) = y, u(kt) = u k, y(kt) = y k ) obr.: Sp u k / (T s) y A/D A/D A/D A/D u u k Sp D/A y y k u u k u T Sp y y k Obr.. Spojitý model soustavy Sp a jeho diskrétní ekvivalenty Spojitý přenos, diferenční rovnice, jejich koeficienty a parametry spojité soustavy jsou uvedeny v tab. (odvozeno dle vztahů uvedených ve [VÍTEČEK, A. 988]):

XXVIII. ASR '2003 Seminar, Instruments and Control, Ostrava, May 6, 2003 226 Tab.. Spojitý přenos a diskrétní modely soustavy Sp L-přenos G(s) k /(T.s ) impulsní funkci přechodové funkci Z-přenos invariantní k (A/D Sp A/D) (A/D, D/A Sp A/D) Gc(z) teoretický vztah Z{L - {G(s)} t=kt } (-z - ).Z{L - {G(s)/s} t=kt } Diferenční rovnice y k = c.y k- b.u k y k = c.y k- b.u k- Koeficienty b k /T k.(-c ) c 0 < exp(-t/t ) < Parametry T T = -T/ln(c ) k k = b.t k = b /(-c ) Poznámka: t čas (spojitý) [s], T perioda vzorkování [s] > 0, k násobek periody vzorkování = {0,,2, n} N 0, kt diskrétní čas [s], s komplexní proměnná spojité Laplaceovy (L) transformace, z komplexní proměnná diskrétní Z transformace, G(s) spojitý přenos soustavy v L-transformaci, A/D analogovo-digitální převodník (vzorkovač), D/A digitálně-analogový převodník (vzorkovač a tvarovač 0. řádu), Gc(z) diskrétní celkový (včetně A/D a D/A převodníků) přenos soustavy, u vstupní spojitá veličina soustavy [fyzikální jednotka], u T vstupní spojitá veličina soustavy za tvarovačem [fyzikální jednotka], y výstupní spojitá veličina soustavy [fyzikální jednotka], u k vstupní diskrétní veličina soustavy za vzorkovačem [fyzikální jednotka], y k výstupní diskrétní veličina soustavy za vzorkovačem [fyzikální jednotka], c, b koeficienty diferenční rovnice diskretizované soustavy Sp > 0, k (parametr) koeficient přenosu (zesílení) soustavy Sp [fyzikální jednotka] > 0, T časová konstanta soustavy Sp [s] > 0. 2 Simulační model soustavy Podle obecného simulačního schématu spojitého modelu soustavy Sp s aditivním působením poruchy na výstupu soustavy (obr.2): Sp u k / (T s) y s y Obr. 2. Obecné simulační schéma modelu byl v programu SIMULINK sestaven simulační program ve dvou variantách (script, m-file: Si_Spsx.m, kde x = k / p pro kontinuální / přechodový proces) obr.3, 4: v

XXVIII. ASR '2003 Seminar, Instruments and Control, Ostrava, May 6, 2003 227 Simulační schéma identifikované soustavy Sp - kontinuální proces u0 sigma_u v u 5 mi_u sum_u u To Workspace2 0.0 sigma_v x' = AxBu y = CxDu Sp: k=2, T=0 ys ys sum_y To Workspace3 v To Workspace4 y To Workspace t y Clock To Workspace u_ ys_ Obr. 3. Simulační schéma modelu v programu SIMULINK kontinuální proces Simulační schéma identifikované soustavy Sp - přechodový proces un sigma_un v u uh sum_u u To Workspace2 0.2 sigma_v x' = AxBu y = CxDu Sp: k=2, T=0 ys ys sum_y To Workspace3 v To Workspace4 y To Workspace t y Clock To Workspace u_ ys_ Obr. 4. Simulační schéma modelu v programu SIMULINK přechodový proces Simulace spojitého modelu byla uskutečněna pro následující hodnoty parametrů: parametry soustavy: k = 2, T = 0 s, ys 0 = 0 metoda simulace: linsim(a, B, C, D, u, t, x0), x0 = ys 0, tolerance = 0.00 parametry simulace: kontinuální proces: krok integrace h = 0., doba simulace tf = 000 s, přechodový proces: h = 0.0, tf = 60 s (T 5.T ) vstupní signál: kontinuální proces: u ~ N(µ u, σ u ), µ u = y 0 /k = 5, σ u =, seed(u) = 357, přechodový proces: u jednotkový skok z hodnoty 5 na 0 v čase t = 0 s = T, zatížený šumem u n ~ N(µ un, σ un ), µ un = 0, σ un {0, 0., }, seed(u n ) = 357 porucha: v ~ N(0, σ v ), seed(v) = 735, kontinuální proces: σ v = {0, 0.00, 0.0} = {0 %, 0. %, %} σ u, přechodový proces: σ v = {0, 0.2, 2} = {0 %, %, 0 %} y perioda vzorkování: kontinuální i přechodový proces: T {0.,, 0} počet vzorků: kontinuální proces: n {25, 50, 00}, přechodový proces: n {7, 6, 60}. Integrační krok h byl v případě kontinuálního procesu zvolen rovný nejmenší periodě vzorkování T min = 0. s, v případě procesu přechodového rovný jeho desetině. Celková doba simulace byla u kontinuálního procesu tf = n max.t max = n max.t = 00.0 = 000 s, v případě přechodového procesu tf = (5).T = 60 s. Matice hodnot veličin X = [t, u, ys, v, y] byly uloženy do ASCII souborů:

XXVIII. ASR '2003 Seminar, Instruments and Control, Ostrava, May 6, 2003 228 u kontinuálního procesu se jmény Kn_Tv.dat (K... kontinuální, n... počet záznamů, T... perioda vzorkování, v... směrodatná odchylka poruchy výstupu {N, T, S}, N: v = 0.000, T: v = 0.00, S: v = 0.00), u přechodového procesu se jmény Pσ un _T_v.dat (P... přechodový, σ un... směrodatná odchylka šumové složky jednotkového skoku, T... perioda vzorkování, v... směrodatná odchylka poruchy výstupu {N, D, J}, N: v = 0.0, D: v = 0.2, J: v = 2.0). Soubory sloužily pro zobrazení a hlavně pro následnou identifikaci soustavy v simulačním a ve statistických programech. Příklad průběhů vygenerovaných signálů (vstup, výstup) soustavy v případě kontinuálního procesu (pro σ v = 0.00) je na obr.5. 0 u(t) 5 0 0 200 400 600 800 000 y(t), sigma v = 0.00 0.5 0 9.5 0 200 400 600 800 000 t [s] Obr. 5. Generované signály modelu u(t), y(t) (σ v = 0, 0.00) kontinuální proces Příklad průběhů vygenerovaných signálů (vstup, výstup) soustavy v případě přechodového procesu (pro σ un =, σ v = 0.2) je na obr.6. 5 u(t) 0 5 0 0 0 20 30 40 50 60 y(t), sigma un =, sigma v = 0.2 25 20 5 0 5 0 0 20 30 40 50 60 t [s] Obr. 6. Generované signály modelu u(t), y(t) (σ un =, σ v = 0.2) přechodový proces 3 Statistická identifikace soustavy Pro statistickou identifikaci soustavy byly použity dva dynamické (tj. s tzv. zpožděnými vstupně/výstupními proměnnými) diskrétní regresní modely vycházející z diskrétních modelů

XXVIII. ASR '2003 Seminar, Instruments and Control, Ostrava, May 6, 2003 229 soustavy Sp a simulačního modelu (který zahrnuje aditivní působení poruchy na výstup soustavy). Pro diskrétní model invariantní k impulsní funkci byla tedy uvažována (diskrétní) dynamická regresní rovnice (regresní model): y k = a) c y k b ( u ε, () k k a pro model invariantní vzhledem k přechodové funkci dynamická regresní rovnice: y ( a) c y b u ε, (2) k = k k k kde je k index vektorů hodnot proměnných, k = 2, 3,... n, a konstantní absolutní člen, a a k = const, ε reziduum, chyba odhadu výstupu a modelu, ε ~ N(µ ε, σ ε ), µ ε 0. Absolutní člen (a) v závorce vyjadřuje skutečnost, že by měl vyjít statisticky nevýznamný, jelikož diskrétní modely soustavy Sp jej neobsahují. Z určitých statistických důvodů je však velice vhodné absolutní člen vždy do regresních modelů zařazovat. Obecně tento člen vyjadřuje souhrnný vliv nezahrnutých vstupních veličin (regresorů), nelinearitu modelu nebo vychýlený odhad regresních koeficientů. Grafické znázornění obou regresních modelů a modelů soustavy v konfiguraci simulace (tyto dle čárkované šipky bez absolutního členu) je viditelné na obr.7: ε k a u k z - Σ ys k b y k z - c Obr. 7. Schéma dynamických regresních a diskrétních modelů (čárkovaně) Z obrázku je zřejmý rozdíl mezi regresním a simulačním modelem. Spojitý model a příslušné diskrétní simulační modely soustavy Sp obsahují na (výstupu) modelu nezávislou aditivní poruchu výstupu. U regresního modelu se vliv reziduí (poruchy) promítá přes zpětnou vazbu do modelu soustavy a do jeho výstupu. Tato skutečnost znamená, že výstup modelu je ovlivněn i předchozími hodnotami reziduí. 4 Simulační identifikace soustavy Simulační identifikace soustavy Sp byla uskutečněna pomocí metod tzv. dynamické optimalizace v simulačním programu 20-sim 2.3 Pro (shareware, University of Twente, Holandsko, 998) podle schématu (Si_Sp.mg3) obr.8: G criterium u y Obr. 8. Simulační schéma v programu 20-sim

XXVIII. ASR '2003 Seminar, Instruments and Control, Ostrava, May 6, 2003 230 Simulační identifikace spojitého modelu Sp byla realizována pro následující nastavení a hodnoty parametrů (v tzv. experimentech): počáteční podmínky: výstup G = y_model (0) = 0, criterium = 0, k = 0.5, T = 5 časy simulace: t0 = 0, tf = n.t / 6.T pro kontinuální / přechodový proces integrační metoda: Runge-Kutta 4, h = T pro oba procesy optimalizační metoda: Broydon-Fletcher-Goldfarb-Shanno, tolerance = 0.000 kritérium optimalizace: minimum součtu čtverců odchylek (MNČ) rozsah parametrů: k <0.2, 20>, T <, 00> soubory experimentů: k.*, p.* (sloupce t = 0, u =, y = 4 ze souborů dat), v_f.* 5 Přechodový proces 5. Statistická identifikace V tab.2, 3, 4 jsou uvedeny výsledky statistické identifikace soustavy při přechodovém vstupním procesu v programu EasyReg. Jsou uvedeny výsledky pro nejlepší (nejpřesnější, nejrobustnější) odhady parametrů soustavy, které vyšly pro regresní model invariantní vzhledem k přechodové funkci s absolutním členem: Tab. 2. Výsledky statistické identifikace pro σ v = 0.0 σ un T (n) 0.0 0..0 0. k.98.97.68 (n = 60) T 0.0 0.0 4.4 k.82.8.5 (n = 6) T 0.0 0.0 5.6 0 k.0.08 0.74 (n = 7) T 0.0 8. 4.3 Tab. 3. Výsledky statistické identifikace pro σ v = 0.2 σ un T (n) 0.0 0..0 0. k.79.79.58 (n = 60) T 6.0 5.9 7.2 k.76.76.45 (n = 6) T 0.6 0.6 5.8 0 k 0.85 0.98 0.78 (n = 7) T 4.0.3 4.6 Tab. 4. Výsledky statistické identifikace pro σ v = 2.0 σ un T (n) 0.0 0..0 0. k.55.55.24 (n = 60) T 0.2 0.2 0.2 k.47.48.9 (n = 6) T 2.5 2.5 3.0 0 k -0.5! 0.74.26 (n = 7) T 60.9 25.6 9.0

XXVIII. ASR '2003 Seminar, Instruments and Control, Ostrava, May 6, 2003 23 Na obr.9 jsou průběhy veličin y, y_ model a reziduí lineárního regresního modelu pro data P D.dat (σ un =, T = s (n = 6), σ v = 0.2): Obr. 9. Průběhy veličin v programu EasyReg (pro data P D.dat) Hodnocení: Závislost odhadovaných parametrů na zhoršování podmínek identifikace, tj. růstu (rozptylu) vstupního šumu, periody vzorkování (= poklesu počtu hodnot) a (rozptylu) výstupního šumu není obecně jednoznačná. Zatímco koeficient přenosu k je systematicky podhodnocován (co signalizuje systematickou chybu metody MNČ u těchto dynamických regresních modelů), časová konstanta T je podle podmínek buď nadhodnocena nebo podhodnocena, či systematicky roste. Nejlepší případ (nejpřesnější odhad) nastává logicky pro nejlepší podmínky, tj. nulové hodnoty (rozptylů) obou šumů a minimální periodu vzorkování. Nejhorší odhad nastal pro maximální výstupní šum, maximální periodu vzorkování a paradoxně pro nulový vstupní šum. V tomto případě hodnota koeficientu přenosu dosáhla nereálné záporné hodnoty a časová konstanta byla asi o 50 % větší. Pro menší výstupní šumy přesnost odhadu koeficientu přenosu nepřesáhla 68 % a odhadu časové konstanty v absolutní hodnotě 58 %. Přístup statistické identifikace je u přechodových procesů použitelný pro menší výstupní šumy (do směrodatných odchylek řádově jednotky procent střední hodnoty výstupního signálu soustavy). 5.2 Simulační identifikace Výsledky simulační identifikace přechodového procesu v programu 20-sim jsou souhrnně uvedeny v tab.5, 6, 7:

XXVIII. ASR '2003 Seminar, Instruments and Control, Ostrava, May 6, 2003 232 Tab. 5. Výsledky simulační identifikace pro σ v = 0.0 σ un T (n) 0.0 0..0 0. k 2.00 2.00.98 (n = 60) T 9.9 9.8 9. k 2.00 2.00 2.02 (n = 6) T 9.4 9.3 8.8 0 k 2.06 2.06 2.09 (n = 7) T 9.4 9.2.3 Tab. 6. Výsledky simulační identifikace pro σ v = 0.2 σ un T (n) 0.0 0..0 0. k 2.00 2.00.98 (n = 60) T 0.0 9.9 9.2 k 2.00 2.0 2.03 (n = 6) T 9.6 9.5 8.9 0 k 2.06 2.06 2.0 (n = 7) T 9.6 9.4.4 Tab. 7. Výsledky simulační identifikace pro σ v = 2.0 σ un T (n) 0.0 0..0 0. k 2.00 2.00.98 (n = 60) T 0.4 0.3 9.6 k 2.08 2.08 2.09 (n = 6) T.6.4 0.4 0 k 2.2 2. 2.7 (n = 7) T 2.3.9 4.8 Na obr.0 jsou průběhy veličin u, y, a y model (G) pro data z textového souboru P_0_D.dat (σ un =, T = 0. s (n = 60), σ v = 0.2):

XXVIII. ASR '2003 Seminar, Instruments and Control, Ostrava, May 6, 2003 233 si_sp - p 25 A 25 B 25 C C B A u B y C y model B C A A 0 A 0 B 0 C 0 time 60 Obr. 0. Průběhy veličin v programu 20-sim (pro data P_0_D.dat) Hodnocení: Závislost odhadovaných parametrů na zhoršování podmínek identifikace je i v případě simulačního přístupu nejednoznačná. Koeficient přenosu k je spíše systematicky nadhodnocován (kromě jeho nejednoznačné závislosti na růstu vstupního šumu), časová konstanta T je podle podmínek buď nadhodnocena nebo podhodnocena, či systematicky roste. Nejlepší případ (nejpřesnější odhad) nastává pro podmínky: nulový vstupní šum, minimální perioda vzorkování a středně velký výstupní šum (σ v = 0.2). Nejhorší odhad logicky nastal pro maximální vstupní i výstupní šum a maximální periodu vzorkování. Oba parametry byly nadhodnoceny - koeficient přenosu asi o 9 % a časová konstanta až o 48 %. 5.3 Srovnání statistické a simulační identifikace při přechodovém procesu Pro přechodový vstupní proces poskytl přístup simulační identifikace lepší (tj. přesnější, robustnější, spolehlivější a reálné) odhady parametrů soustavy než přístup statistické identifikace. Absolutní chyby odhadu pro přístup simulační identifikace nepřekročily u koeficientu přenosu 0 % a u časové konstanty 50 %. Odhad koeficientu přenosu je tedy obecně přesnější (spolehlivější) než odhad časové konstanty. 6 Kontinuální proces 6. Statistická identifikace V tab.8, 9, 0 jsou uvedeny výsledky statistické identifikace soustavy v programu EasyReg při kontinuálním vstupním procesu. Jsou uvedeny výsledky pro nejlepší (nejpřesnější a nejrobustnější) odhady parametrů soustavy, které vyšly pro regresní model (paradoxně!) invariantní vzhledem k přechodové funkci bez absolutního členu:

XXVIII. ASR '2003 Seminar, Instruments and Control, Ostrava, May 6, 2003 234 Tab. 8. Výsledky statistické identifikace pro σ v = 0.0 n T 25 50 00 0. k T.98 24.9.97 20.2.99 9.7 T 85! 25! 636! k.89.8.75 0 k 2.28 2.22 2.05 T -986! -728! -899! Tab. 9. Výsledky statistické identifikace pro σ v = 0.00 n T 25 50 00 0. k T.98 23.9.97 9.7.99 9.5 k.89.82.75 T 84! 249! 642! 0 k 2.28 2.22 2.05 T -200! -737! -94! Tab. 0. Výsledky statistické identifikace pro σ v = 0.0 n T 25 50 00 0. k 2.00.99.99 T 7.7 6.0 8. k T.89 79!.83 227!.80 66! 0 k 2.28 2.2 2.04 T -256! -835! -2070! Na obr. jsou zobrazeny časové průběhy veličin y, y_model a reziduí lineárního regresního modelu s absolutním členem popisujícím diskrétní model soustavy Sp invariantní k impulsní funkci pro data K00_0T.dat (n = 00, T = 0. s, σ v = 0.00):

XXVIII. ASR '2003 Seminar, Instruments and Control, Ostrava, May 6, 2003 235 Obr.. Průběhy veličin v programu EasyReg (pro data K00_0T.dat) Hodnocení: Závislost odhadovaných parametrů na zhoršování podmínek identifikace, tj. poklesu počtu hodnot, růstu periody vzorkování a (rozptylu) výstupního šumu není obecně jednoznačná. Zajímavá je nezávislost koeficientu přenosu k na výstupním šumu a systematická závislost časové konstanty T na růstu periody vzorkování (roste) a na růstu výstupního šumu (klesá). Nejlepší případ (nejpřesnější odhad) nastává pro podmínky: maximální počet dat, minimální periodu vzorkování a maximální (!) rozptyl výstupního šumu. Nejhorší odhad očekávaně nastal pro minimální počet hodnot, maximální periodu vzorkování a maximální výstupní šum. Odhad koeficientu přenosu je robustní a jeho chyba nepřekročila ve všech případech v absolutní hodnotě 4 %. Odhad časové konstanty dosahoval pro větší periody vzorkování extrémně vysokých kladných a dokonce záporných (nereálných) hodnot. Pro malou periodu jeho chyba v absolutní hodnotě nepřekročila 25 %. Přístup statistické identifikace je u kontinuálních procesů použitelný pouze pro dostatečně malé periody vzorkování velikosti řádově jednotek procent časové konstanty soustavy. 6.2 Simulační identifikace Výsledky simulační identifikace kontinuálního procesu v programu 20-sim jsou souhrnně uvedeny v tab., 2, 3: Tab.. Výsledky simulační identifikace pro σ v = 0.0 n T 25 50 00 0. k 2.00 2.00 2.00 T.0 0.8 0.2 k T.84 00!.87 00! 2.00 00! 0 k 2.08 2.0 2.0 T 00! 00! 00!

XXVIII. ASR '2003 Seminar, Instruments and Control, Ostrava, May 6, 2003 236 Tab. 2. Výsledky simulační identifikace pro σ v = 0.00 n T 25 50 00 0. k T 2.00.0 2.00 0.8 2.00 0.2 T 00! 00! 00! k.84.87 2.00 0 k 2.08 2.0 2.0 T 00! 00! 00! Tab. 3. Výsledky simulační identifikace pro σ v = 0.0 n T 25 50 00 0. k T 2.00 0.7 2.00 0.8 2.00 0.2 k.84.87 2.00 T 00! 00! 00! 0 k 2.08 2.0 2.0 T 00! 00! 00! Pozn.: Hodnota 00! znamená, že simulační program dosáhl při optimalizačním hledání horní zadanou hranici rozsahu odhadu časové konstanty, tj. 00 s (= 0.T ). Na obr.2 jsou viditelné průběhy veličin u, y, a y model (G) pro data K00_0T.dat (n = 00, T = 0. s, σ v = 0.00): si_sp - k00_0t 30 A 0.05 B 0.05 C B C C A u B y C y_model B A A 0 A 9.8 B 9.8 C 0 time 0 Obr. 2. Průběhy veličin v programu 20-sim (pro data K00_0T.dat) Hodnocení: Závislost odhadovaných parametrů na zhoršování podmínek identifikace, tj. poklesu počtu hodnot, růstu periody vzorkování a (rozptylu) výstupního šumu není obecně jednoznačná. Zajímavá je nezávislost koeficientu přenosu k a časové konstanty T na výstupním šumu. Odhad koeficientu přenosu je robustní a jeho chyba nepřesáhla ve všech případech v absolutní hodnotě 8 %.

XXVIII. ASR '2003 Seminar, Instruments and Control, Ostrava, May 6, 2003 237 Odhad časové konstanty metodou simulační identifikace byl přijatelný pouze pro nejmenší periodu vzorkování T = 0. (tj. T/T = %), kdy chyba nepřesáhla 0 %. Pro větší periody vzorkování odhad nekonvergoval a dosáhl horní zadané hranice. Přístup simulační identifikace je u kontinuálních procesů použitelný pouze pro dostatečně malé periody vzorkování velikosti řádově jednotek procent časové konstanty soustavy. 6.3 Srovnání statistické a simulační identifikace při kontinuálním procesu Pro kontinuální vstupní proces poskytl opět přístup simulační identifikace lepší (tj. přesnější, robustnější, spolehlivější a reálné) odhady parametrů soustavy než přístup statistické identifikace. Absolutní chyby odhadu pro oba (statistický/simulační) přístupy identifikace nepřekročily u koeficientu přenosu 4/8 % a u časové konstanty 25/0 %. Odhad koeficientu přenosu je tedy obecně přesnější (spolehlivější) než odhad časové konstanty. Odhad časové konstanty je přijatelný u obou přístupů pouze pro malé periody vzorkování velikosti řádově jednotek procent časové konstanty soustavy. 7 Identifikace reálné soustavy Pro dokumentaci obou přístupů byl zvolen praktický případ identifikace systému primárního chlazení (PCH) předlitků v zařízení pro plynulé odlévání oceli (ZPO) č. v Třineckých železárnách, a.s. Byly použity data vstupní veličiny rychlost lití v [cm/min] a výstupní veličiny průtok chladicí vody F [m 3 /h] v tavbě č.2 278 na licím proudu č. (LP) vzorkované a archivované s periodou T = 5 s (textový soubor v_f.*) obr.3: v [ cm/min] Tavba 2 278 - LP F [m3/h] 58 56 54 52 50 48 46 44 v F čas [s] 0 600 200 800 2400 3000 Obr. 3. Průběhy veličin PCH v tavbě č. 2 278 na LP 0 08 06 04 02 00 98 Výsledky identifikace oběma způsoby jsou uvedeny v tab.4:

XXVIII. ASR '2003 Seminar, Instruments and Control, Ostrava, May 6, 2003 238 Tab. 4. Výsledky identifikace systému PCH Identifikace statistická simulační Poznámky Model impulsní přechodový max / min Abs. Člen ano ne ano ne - k 6.7 9.9.3 2.0 2.0 7.6 T 544 894 573 986 505.95 Z výsledků je vidět jistá neurčitost při identifikaci - odhadu parametrů soustavy Sp PCH pomocí různých přístupů a modelů. Poměr maximálních a minimálních hodnot odhadů koeficientu přenosů je až 8:, časových konstant asi 2:. Nejpodobnější odhady parametrů k simulačnímu přístupu poskytl u statistického přístupu regresní model invariantní vzhledem k přechodové funkci s absolutním členem, což odpovídá předchozím závěrům simulací na teoretickém modelu soustavy Sp. 8 Závěr Závěrem je možné konstatovat logické a celkem očekávané skutečnosti: Simulační identifikace je jednodušeji použitelná (ovšem pouze v případě, že máme k dispozici vhodný SW) a dává lepší (přesnější, robustnější a spolehlivější) odhady parametrů proporcionální dynamické soustavy. řádu Sp než metoda statistické identifikace. Statistická identifikace poskytla nejlepší odhady parametrů pro regresní model invariantní vzhledem k přechodové funkci a to bez absolutního členu u kontinuálních procesů a s absolutním členem u procesů přechodových. Identifikace pomocí vstupních přechodových procesů je spolehlivější než pomocí procesů kontinuálních (stacionárních ve střední hodnotě a rozptylu), která je použitelná u obou přístupů pouze pro malé periody vzorkování do velikosti řádově jednotek procent časové konstanty soustavy. Odhad koeficientu přenosu je robustní u obou přístupů a procesů. Odhad časové konstanty je citlivý na splnění podmínek relativně malé periody vzorkování a ne moc velkého výstupního šumu. Při splnění výše uvedených podmínek se nejmenší (nejhorší) přesnosti odhadů obou parametrů za použití obou identifikačních přístupů pohybovaly v rozmezí 8-63 %. Závislost přesnosti odhadovaných parametrů na zhoršování podmínek identifikace, tj. na růstu rozptylů šumů (na vstupu i výstupu), poklesu počtu hodnot a růstu periody vzorkování není obecně u obou přístupů jednoznačná. 9 Literatura ARLT, J. 999. Moderní metody modelování ekonomických časových řad.. vyd. Praha : Grada, 999. 32 s. ISBN 80-769-539-4. CIPRA, J. 986. Analýza časových řad s aplikacemi v ekonomii.. vyd. Praha : SNTL/ALFA, 986, 248 s. VÍTEČEK, A. 988. Matematické metody automatického řízení (Transformace L a Z).. vyd. Ostrava : Katedra ATŘ FSE VŠB Ostrava, 988. 56 s. NOSKIEVIČ, P. 999. Modelování a identifikace systémů.. vyd. Ostrava : Montanex, 999. 276 s.