1.2.1 Аппроксимация на скользящих интервалах
Можно использовать подход, позволяющий проводить идентификацию при любом характере воздействия. Кроме того, учитывается, что зависимости X(τ) и Y(τ) могут быть зашумлены.
Выбирается метод наименьших квадратов с аппроксимацией зависимостей X=f(τ) и Y=f(τ) на интервалах времени, при котором:
проводится аппроксимация зависимостей X=f(τ) и Y=f(τ) на интервалах оси времени гладкими функциями (полиномы невысоких степеней);
для моментов времени путем дифференцирования аппроксимирующей функций определяются производные Y’ и значения X, Y;
значения функций и производных подставляются в идентифицируемое уравнение и определяется сумма квадратов невязок левой и правой частей уравнения для всех рассматриваемых моментов времени;
значения коэффициентов идентифицируемого дифференциального уравнения определяются путем минимизации суммы квадратов невязок левой и правой частей уравнения.
В
торой
особенностью метода является организация
обработки данных для идентификации.
Экспериментальные данные представляются совокупностью записей, каждая из которых содержит: значение момента времени τi, значение воздействия Xеi, значение реакции объекта Yеi
Из совокупности записей выделяются выборки (интервалы времени) для каждой из которых вводится новая независимая переменная t.
Зависимости X(t) иY(t) в пределах каждого интервала (выборки записей) аппроксимируются полиномами невысоких степеней.
(1.7)
где а0аKpolиb0bKpol- коэффициенты аппроксимирующих полиномов,Kpol– порядок аппроксимирующего полинома.
Выбранный способ представления данных для проведения аппроксимации экспериментальных зависимостей Xе(τ) иYе(τ) отличается тем, что он не требует равномерного расположения моментов времени на осиτ.
Другим достоинством принятого способа является возможность существенного перекрытия интервалов времени при аппроксимации, что заметно повышает достоверность результатов идентификации.
При идентификации уравнения (1) минимизируемый функционал Sимеет вид:
. (1.8)
Минимум Sдостигается при выполнении условий:
,
.
Что приводит к системе линейных алгебраических уравнений:
(1.9)
1.3 . Результаты решения задачи идентификации. Проведение идентификации в среде Excel
Таблица 1.1 – Результаты идентификации методом аппроксимации на смежных интервалах:
|
i |
t |
X |
Y |
Y` |
(Y)^2 |
-X*Y' |
X^2 |
-Y*Y' |
X*Y |
Ych |
|
1 |
0 |
0,685 |
1,019 |
-0,859 |
0,738 |
0,588 |
0,469 |
0,875 |
0,697 |
1,019 |
|
2 |
0,1 |
0,779 |
0,979 |
-0,584 |
0,341 |
0,455 |
0,607 |
0,572 |
0,763 |
0,987 |
|
3 |
0,2 |
0,905 |
0,944 |
-0,351 |
0,123 |
0,317 |
0,819 |
0,331 |
0,855 |
0,970 |
|
4 |
0,3 |
0,973 |
0,956 |
-0,154 |
0,024 |
0,150 |
0,947 |
0,147 |
0,930 |
0,965 |
|
5 |
0,4 |
1,058 |
0,964 |
0,008 |
0,000 |
-0,008 |
1,120 |
-0,007 |
1,020 |
0,967 |
|
6 |
0,5 |
1,137 |
0,973 |
0,138 |
0,019 |
-0,157 |
1,294 |
-0,134 |
1,107 |
0,978 |
|
7 |
0,6 |
1,231 |
1,019 |
0,240 |
0,058 |
-0,295 |
1,514 |
-0,245 |
1,253 |
0,996 |
|
8 |
0,7 |
1,298 |
1,023 |
0,316 |
0,100 |
-0,410 |
1,684 |
-0,323 |
1,327 |
1,020 |
|
9 |
0,8 |
1,338 |
1,058 |
0,369 |
0,136 |
-0,494 |
1,792 |
-0,391 |
1,416 |
1,048 |
|
10 |
0,9 |
1,383 |
1,081 |
0,401 |
0,161 |
-0,555 |
1,912 |
-0,434 |
1,495 |
1,076 |
|
11 |
1 |
1,430 |
1,121 |
0,415 |
0,172 |
-0,593 |
2,044 |
-0,465 |
1,603 |
1,107 |
|
12 |
1,1 |
1,453 |
1,140 |
0,412 |
0,170 |
-0,599 |
2,112 |
-0,470 |
1,656 |
1,137 |
|
13 |
1,2 |
1,475 |
1,161 |
0,396 |
0,157 |
-0,584 |
2,176 |
-0,459 |
1,712 |
1,167 |
|
14 |
1,3 |
1,488 |
1,225 |
0,367 |
0,135 |
-0,546 |
2,214 |
-0,449 |
1,823 |
1,196 |
|
15 |
1,4 |
1,507 |
1,218 |
0,328 |
0,107 |
-0,494 |
2,272 |
-0,399 |
1,835 |
1,223 |
|
16 |
1,5 |
1,504 |
1,246 |
0,280 |
0,078 |
-0,421 |
2,263 |
-0,349 |
1,874 |
1,248 |
|
17 |
1,6 |
1,458 |
1,293 |
0,225 |
0,051 |
-0,328 |
2,125 |
-0,291 |
1,884 |
1,268 |
Продолжение таблицы 1.1
|
18 |
1,7 |
1,436 |
1,283 |
0,165 |
0,027 |
-0,236 |
2,062 |
-0,211 |
1,842 |
1,283 |
|
19 |
1,8 |
1,405 |
1,294 |
0,100 |
0,010 |
-0,141 |
1,973 |
-0,130 |
1,818 |
1,293 |
|
20 |
1,9 |
1,365 |
1,304 |
0,033 |
0,001 |
-0,045 |
1,863 |
-0,043 |
1,780 |
1,299 |
|
21 |
2 |
1,327 |
1,338 |
-0,036 |
0,001 |
0,047 |
1,760 |
0,048 |
1,774 |
1,300 |
|
22 |
2,1 |
1,229 |
1,304 |
-0,105 |
0,011 |
0,129 |
1,509 |
0,137 |
1,602 |
1,295 |
|
23 |
2,2 |
1,171 |
1,308 |
-0,174 |
0,030 |
0,203 |
1,371 |
0,227 |
1,531 |
1,282 |
|
24 |
2,3 |
1,097 |
1,276 |
-0,241 |
0,058 |
0,265 |
1,204 |
0,308 |
1,401 |
1,264 |
|
25 |
2,4 |
1,016 |
1,286 |
-0,306 |
0,094 |
0,311 |
1,031 |
0,394 |
1,306 |
1,240 |
|
26 |
2,5 |
0,911 |
1,255 |
-0,368 |
0,135 |
0,335 |
0,831 |
0,462 |
1,144 |
1,209 |
|
27 |
2,6 |
0,827 |
1,191 |
-0,426 |
0,182 |
0,353 |
0,684 |
0,508 |
0,985 |
1,172 |
|
28 |
2,7 |
0,736 |
1,146 |
-0,481 |
0,231 |
0,354 |
0,542 |
0,550 |
0,843 |
1,130 |
|
29 |
2,8 |
0,637 |
1,140 |
-0,530 |
0,281 |
0,338 |
0,406 |
0,604 |
0,726 |
1,082 |
|
30 |
2,9 |
0,561 |
1,064 |
-0,574 |
0,330 |
0,322 |
0,314 |
0,611 |
0,597 |
1,031 |
|
31 |
3 |
0,438 |
1,010 |
-0,613 |
0,375 |
0,268 |
0,192 |
0,619 |
0,443 |
0,975 |
|
32 |
3,1 |
0,339 |
0,963 |
-0,646 |
0,417 |
0,219 |
0,115 |
0,622 |
0,326 |
0,914 |
|
33 |
3,2 |
0,255 |
0,910 |
-0,672 |
0,452 |
0,171 |
0,065 |
0,612 |
0,232 |
0,849 |
|
34 |
3,3 |
0,132 |
0,831 |
-0,693 |
0,480 |
0,091 |
0,017 |
0,576 |
0,109 |
0,781 |
|
35 |
3,4 |
0,072 |
0,746 |
-0,707 |
0,500 |
0,051 |
0,005 |
0,528 |
0,054 |
0,711 |
|
36 |
3,5 |
-0,010 |
0,699 |
-0,715 |
0,512 |
-0,007 |
0,000 |
0,500 |
-0,007 |
0,641 |
|
37 |
3,6 |
-0,104 |
0,627 |
-0,717 |
0,514 |
-0,075 |
0,011 |
0,450 |
-0,066 |
0,569 |
|
38 |
3,7 |
-0,182 |
0,523 |
-0,712 |
0,508 |
-0,130 |
0,033 |
0,372 |
-0,095 |
0,497 |
|
39 |
3,8 |
-0,261 |
0,481 |
-0,702 |
0,493 |
-0,183 |
0,068 |
0,337 |
-0,126 |
0,423 |
|
40 |
3,9 |
-0,327 |
0,398 |
-0,685 |
0,469 |
-0,224 |
0,107 |
0,273 |
-0,130 |
0,350 |
|
41 |
4 |
-0,366 |
0,320 |
-0,663 |
0,439 |
-0,243 |
0,134 |
0,212 |
-0,117 |
0,279 |
|
42 |
4,1 |
-0,413 |
0,240 |
-0,635 |
0,403 |
-0,262 |
0,171 |
0,153 |
-0,099 |
0,212 |
|
43 |
4,2 |
-0,445 |
0,186 |
-0,602 |
0,362 |
-0,268 |
0,198 |
0,112 |
-0,083 |
0,147 |
|
44 |
4,3 |
-0,485 |
0,127 |
-0,564 |
0,318 |
-0,273 |
0,235 |
0,072 |
-0,062 |
0,085 |
|
45 |
4,4 |
-0,489 |
0,066 |
-0,521 |
0,271 |
-0,255 |
0,239 |
0,034 |
-0,032 |
0,027 |
|
46 |
4,5 |
-0,494 |
0,018 |
-0,474 |
0,225 |
-0,234 |
0,244 |
0,009 |
-0,009 |
-0,025 |
|
47 |
4,6 |
-0,504 |
-0,041 |
-0,424 |
0,179 |
-0,213 |
0,254 |
-0,017 |
0,021 |
-0,072 |
|
48 |
4,7 |
-0,495 |
-0,081 |
-0,370 |
0,137 |
-0,183 |
0,245 |
-0,030 |
0,040 |
-0,115 |
|
49 |
4,8 |
-0,454 |
-0,110 |
-0,313 |
0,098 |
-0,142 |
0,206 |
-0,034 |
0,050 |
-0,151 |
|
50 |
4,9 |
-0,435 |
-0,147 |
-0,254 |
0,064 |
-0,110 |
0,189 |
-0,037 |
0,064 |
-0,180 |
|
51 |
5 |
-0,366 |
-0,183 |
-0,192 |
0,037 |
-0,070 |
0,134 |
-0,035 |
0,067 |
-0,201 |
|
52 |
5,1 |
-0,345 |
-0,193 |
-0,130 |
0,017 |
-0,045 |
0,119 |
-0,025 |
0,067 |
-0,216 |
|
53 |
5,2 |
-0,270 |
-0,189 |
-0,066 |
0,004 |
-0,018 |
0,073 |
-0,013 |
0,051 |
-0,225 |
|
54 |
5,3 |
-0,189 |
-0,207 |
-0,002 |
0,000 |
0,000 |
0,036 |
0,000 |
0,039 |
-0,225 |
|
55 |
5,4 |
-0,140 |
-0,186 |
0,062 |
0,004 |
0,009 |
0,020 |
0,011 |
0,026 |
-0,218 |
|
56 |
5,5 |
-0,049 |
-0,195 |
0,125 |
0,016 |
0,006 |
0,002 |
0,024 |
0,010 |
-0,205 |
|
57 |
5,6 |
0,034 |
-0,174 |
0,187 |
0,035 |
-0,006 |
0,001 |
0,033 |
-0,006 |
-0,185 |
|
58 |
5,7 |
0,126 |
-0,159 |
0,248 |
0,061 |
-0,031 |
0,016 |
0,039 |
-0,020 |
-0,158 |
|
59 |
5,8 |
0,219 |
-0,109 |
0,306 |
0,094 |
-0,067 |
0,048 |
0,034 |
-0,024 |
-0,124 |
|
60 |
5,9 |
0,328 |
-0,073 |
0,362 |
0,131 |
-0,119 |
0,108 |
0,026 |
-0,024 |
-0,084 |
Продолжение таблицы 1.1
|
61 |
6 |
0,410 |
-0,041 |
0,415 |
0,172 |
-0,170 |
0,168 |
0,017 |
-0,017 |
-0,038 |
|
62 |
6,1 |
0,497 |
-0,009 |
0,465 |
0,216 |
-0,231 |
0,247 |
0,004 |
-0,004 |
0,011 |
|
63 |
6,2 |
0,627 |
0,065 |
0,510 |
0,260 |
-0,320 |
0,393 |
-0,033 |
0,041 |
0,066 |
|
64 |
6,3 |
0,717 |
0,116 |
0,551 |
0,304 |
-0,395 |
0,514 |
-0,064 |
0,083 |
0,127 |
|
65 |
6,4 |
0,795 |
0,164 |
0,587 |
0,345 |
-0,467 |
0,632 |
-0,096 |
0,130 |
0,190 |
|
66 |
6,5 |
0,888 |
0,253 |
0,618 |
0,382 |
-0,549 |
0,788 |
-0,156 |
0,225 |
0,254 |
|
67 |
6,6 |
0,998 |
0,325 |
0,644 |
0,414 |
-0,643 |
0,997 |
-0,209 |
0,325 |
0,323 |
|
68 |
6,7 |
1,080 |
0,374 |
0,664 |
0,440 |
-0,717 |
1,166 |
-0,248 |
0,404 |
0,394 |
|
69 |
6,8 |
1,141 |
0,470 |
0,677 |
0,459 |
-0,773 |
1,301 |
-0,318 |
0,536 |
0,465 |
|
70 |
6,9 |
1,233 |
0,504 |
0,685 |
0,469 |
-0,844 |
1,519 |
-0,345 |
0,621 |
0,536 |
|
71 |
7 |
1,309 |
0,588 |
0,686 |
0,471 |
-0,898 |
1,713 |
-0,403 |
0,770 |
0,608 |
|
72 |
7,1 |
1,336 |
0,657 |
0,681 |
0,463 |
-0,909 |
1,784 |
-0,447 |
0,878 |
0,678 |
|
73 |
7,2 |
1,379 |
0,748 |
0,668 |
0,447 |
-0,922 |
1,903 |
-0,500 |
1,032 |
0,745 |
|
74 |
7,3 |
1,452 |
0,789 |
0,650 |
0,422 |
-0,943 |
2,108 |
-0,513 |
1,146 |
0,810 |
|
75 |
7,4 |
1,473 |
0,839 |
0,624 |
0,389 |
-0,919 |
2,168 |
-0,524 |
1,236 |
0,873 |
|
76 |
7,5 |
1,485 |
0,909 |
0,592 |
0,350 |
-0,879 |
2,205 |
-0,538 |
1,350 |
0,932 |
|
77 |
7,6 |
1,501 |
0,977 |
0,553 |
0,306 |
-0,830 |
2,254 |
-0,540 |
1,466 |
0,986 |
|
78 |
7,7 |
1,508 |
1,024 |
0,508 |
0,258 |
-0,766 |
2,274 |
-0,520 |
1,544 |
1,035 |
|
79 |
7,8 |
1,477 |
1,056 |
0,457 |
0,209 |
-0,675 |
2,181 |
-0,483 |
1,559 |
1,078 |
|
80 |
7,9 |
1,473 |
1,123 |
0,400 |
0,160 |
-0,590 |
2,170 |
-0,449 |
1,654 |
1,115 |
|
81 |
8 |
1,438 |
1,130 |
0,338 |
0,114 |
-0,487 |
2,069 |
-0,382 |
1,626 |
1,147 |
|
82 |
8,1 |
1,383 |
1,160 |
0,271 |
0,074 |
-0,375 |
1,913 |
-0,315 |
1,604 |
1,170 |
|
83 |
8,2 |
1,359 |
1,180 |
0,200 |
0,040 |
-0,272 |
1,847 |
-0,236 |
1,604 |
1,187 |
|
84 |
8,3 |
1,317 |
1,194 |
0,125 |
0,016 |
-0,165 |
1,734 |
-0,149 |
1,572 |
1,199 |
|
85 |
8,4 |
1,247 |
1,199 |
0,047 |
0,002 |
-0,059 |
1,555 |
-0,057 |
1,495 |
1,205 |
|
86 |
8,5 |
1,182 |
1,216 |
-0,033 |
0,001 |
0,039 |
1,396 |
0,040 |
1,436 |
1,202 |
|
87 |
8,6 |
1,067 |
1,208 |
-0,114 |
0,013 |
0,122 |
1,139 |
0,138 |
1,290 |
1,191 |
|
88 |
8,7 |
1,014 |
1,163 |
-0,196 |
0,038 |
0,199 |
1,028 |
0,228 |
1,180 |
1,173 |
|
89 |
8,8 |
0,917 |
1,171 |
-0,277 |
0,077 |
0,254 |
0,840 |
0,325 |
1,074 |
1,149 |
|
90 |
8,9 |
0,801 |
1,127 |
-0,356 |
0,127 |
0,285 |
0,642 |
0,402 |
0,903 |
1,117 |
|
91 |
9 |
0,720 |
1,115 |
-0,432 |
0,187 |
0,311 |
0,519 |
0,482 |
0,803 |
1,079 |
|
92 |
9,1 |
0,612 |
1,062 |
-0,504 |
0,254 |
0,309 |
0,375 |
0,535 |
0,650 |
1,034 |
|
93 |
9,2 |
0,520 |
1,028 |
-0,570 |
0,325 |
0,296 |
0,270 |
0,586 |
0,534 |
0,985 |
|
94 |
9,3 |
0,427 |
0,963 |
-0,628 |
0,394 |
0,268 |
0,182 |
0,605 |
0,411 |
0,931 |
|
95 |
9,4 |
0,340 |
0,904 |
-0,677 |
0,458 |
0,230 |
0,116 |
0,612 |
0,307 |
0,874 |
|
|
|
|
|
S= |
20,634 |
-16,568 |
90,307 |
2,873 |
72,766 |
|
|
|
|
|
|
(Y)^2 |
-X*Y' |
X^2 |
-Y*Y' |
X*Y |
|
Рисунок 1.3 – Линия Тренда для y()
Для определения коэффициентов А и Kрешим полученную систему линейных алгебраических уравнений методом обращения матрицы.
|
Исходная матрица |
Вектор правой части |
Обратная матрица | |||||||
|
20,634 |
-16,57 |
|
2,87349 |
|
|
0,0568 |
0,01 |
| |
|
-16,568 |
90,307 |
|
72,7657 |
|
|
0,0104 |
0,013 |
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
Вектор решения |
|
|
|
|
|
|
| ||
|
A= |
0,9221 |
|
|
D1= |
0,8971 |
|
|
| |
|
k= |
0,9749 |
|
|
D2= |
0,0501 |
|
|
| |
|
Dt= |
0,1 |
|
|
|
|
|
|
| |
Рисунок 1.4– Проверка правильности решения в Excel