3. Идентификация термоэлектрического объекта по переходной характеристике

3.1. Постановка задачи идентификации объекта

Аналитическое определение динамических свойств объекта управления по конструктивным и физическим данным часто является чрезвычайно сложной задачей. В таких случаях обращаются к идентификации объекта по экспериментальным данным.

Вопросы, связанные с идентификацией и оцениванием параметров динамических объектов, относятся к числу основных в теории и практике автоматического управления. Известно много публикаций, посвященных различным аспектам идентификации. Среди них следует отметить включающие в себя обширную библиографию работы [ ], которые содержат важнейшие результаты, полученные в области идентификации.

В общей постановке различают две задачи идентификации непараметрическую, когда требуется определить структуру и оценить параметры передаточной функции (ПФ) объекта, и параметрическую, когда нужно при известной структуре ПФ объекта оценить её параметры.

К числу широко распространенных относятся следующие методы идентификации объектов:

- идентификация в режиме нормальной работы, осуществляемая путем использования совместно с объектом его настраиваемой модели, параметры которой подбираются сообразно с некоторым алгоритмом настройки по входным воздействиям и выходным величинам объекта;

- идентификация, реализуемая подачей на вход объекта тестовых сигналов (ТС) с заданными характеристиками и анализа соответствующих реакций (процессов) на выходе объекта.

Метод идентификации с использованием тестовых сигналов не параметрический, поскольку не требует задания в явной форме конечномерного вектора параметров при поиске описания исследуемого объекта, что во многих случаях весьма важно на практике, например, при идентификации объектов типа черного ящика.

В известных разновидностях метода идентификации с использованием тестовых сигналов в качестве входных воздействий с заданными характеристиками применяются следующие сигналы: детерминированные апериодические (импульсные, ступенчатые, или иной формы) или периодические определенной формы (например, синусоидальные); случайные (например, белый шум). Процессы на выходе объекта могут обрабатываться методами временного, гармонического (частотного), корреляционного (спектрального) анализа.

По характеру применяемого анализа реакций исследуемого объекта на тестовые сигналы указанные разновидности метода можно разделить на две группы. К первой группе относится разновидности, основанные на временном анализе, ко второй остальные, называемые частотными. По сравнению с частотными, временные методы с использованием детерминированных тестовых сигналов часто намного проше и удобнее во многих случаях практического применения. В нашей работе используется временной метод.

3.2. Объект управления и его основные параметры

Состояние любого исследуемого объекта определяется рядом величин, характеризующих как воздействие на объект внешней среды и управляющих устройств, так и протекание процессов внутри самого объекта.

Одни из этих величин непрерывно измеряются в процессе работы и называются контролируемыми. Другие, оказывая влияние на режим работы объекта, не измеряются и называются неконтролируемыми.

Величины, выражающие внешние влияния на объект, носят название воздействий. Воздействия, вырабатываемые управляющим устройством, называются управляющими воздействиями. Кроме управляющих входных воздействий могут присутствовать воздействия, не зависящие от управляющего устройства, называемые возмущениями или помехами. Они могут быть как контролируемые, так и неконтролируемые. Выходные величины, по которым ведется управление, носят название управляемых или регулируемых величин. Обычно регулируемые величины в той или иной степени характеризуют качественные показатели процесса в управляемом объекте.

В общем случае объект управления (ОУ) может быть представлен схемой, показанной на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Параметры объекта управления

Здесь совокупность управляющих воздействий или параметров обозначена вектором ={U₁, U₂,….., U_m}, контролируемых внешних воздействий или параметров - вектором ={x₁, x₂,..., x_l}, неконтролируемых внешних воздействий или параметров - вектором ={f₁, f₂,…, f_k}, выходных управляемых величин или параметров - вектором ={у₁, у₂,…., у_n}.

Если объект характеризуется одним входным управляющим параметром и одним выходным управляемым параметром, т.е. векторы и имеют по одной координате, то объект называется односвязным. Такой объект может быть представлен схемой, показанной на рис. 2.2. В нашем случае входным управляемым параметром является напряжение, а выходным управляемым параметром - температура исследуемого термоэлектрического объекта.

Рис. 2.2. Объект управления с одним входным и одним выходным управляемым параметром