Вступ. Загальні відомості про ідентифікацію.

З давніх часів людство витрачає великі зусилля на встановлення закономірностей явищ, що відбуваються у природі. Первинними у процесі пізнання завжди є результати спостереження. Вони є основою для створення моделі, а уже від моделі здійснюють перехід до практичної діяльності. Цю схему пізнання застосовують для природних явищ і для штучних об’єктів.

Побудова моделі за результатами спостереження є наслідком формалізації, яка необхідна для визначення основних ознак, зв’язків, закономірностей, що властиві об’єкта – оригіналу. При цьому формалізація об’єкта є основою відсіювання його несуттєвих ознак. Для одного і того ж об’єкта, залежно від конкретних вимог практики і типу поставленої задачі, може бути побудовано кілька моделей, здійснено формалізацію різних функцій цього об’єкта або зовнішніх впливів на нього. Для реалізації технологічних процесів також будують моделі функціонування, які відображають технічні, економічні, психологічні, соціальні та інші аспекти процесу, що забезпечує отримання необхідного продукту. Розроблення нових технологічних процесів було б неможливим без наявності відповідних моделей, які будують на основі спостереження і узагальненого досвіду.

У другій половині XX ст. значно зросла роль науки, яка узагальнює установлені процеси управління і експлуатації машин та механізмів цілеспрямованою діяльністю людського суспільства. Появі цих ідей і методів керування передували, з одного боку, узагальнення високоефективних принципів теорії автоматичного керування, а з другого боку, підвищені технічні можливості, у зв’язку з широким розвитком обчислювальної техніки. У області керування виникла необхідність використання нових принципів побудови моделей, формалізації результатів спостереження. У теорії автоматичного керування принципи побудови системи керування розробляли на основі заданої моделі. У подальшому виявили, що, у багатьох випадках, модель, прийнята при проектуванні, суттєво відрізнялась від реального об’єкта. Це значно зменшувало або зводило нанівець ефективність розробленої системи керування. У зв’язку з цим виник один із важливих напрямків теорії керування, пов’язаний з побудовою моделі на основі спостереження. При цьому результати спостереження було отримано в умовах функціонування об’єкта під впливом зовнішніх критеріїв за його вхідними і вихідними змінними. Цей напрямок відомий на сьогодні як ідентифікація систем (виник біля 50-ти років тому).

Задача ідентифікації формулюється таким чином: за результатами спостереження над вхідними і вихідними змінними системи повинна бути побудована оптимальна у деякому розумінні модель, тобто формалізоване представлення цієї системи. Звідси стає очевидним зв’язок між задачею ідентифікації і вказаною загальною схемою встановлення закономірностей за результатами спостереження. Задача ідентифікації ґрунтується на сучасній теорії керування. Для її вирішення використовують сучасні обчислювальні машини. Останні, маючи велику швидкодію і практично необмежений об’єм пам’яті, створюють передумови для отримання, передачі і оброблення великих масивів спостереження, які необхідні для побудови адекватних моделей реальних об’єктів.

Ідентифікація складних виробничих об’єктів останнім часом стала одним із центральних питань, які виникають при побудові систем керування цими об’єктами. Без вирішення задачі ідентифікації неможливо ні здійснити цілеспрямоване проектування системи керування, ні побудувати адаптивну систему, яка працює в умовах неповної апріорної інформації і нестаціонарності об’єктів.

При вирішенні різноманітних задач аналізу і синтезу систем управління виникає необхідність опису (моделювання) властивостей об’єкта. Більшість сучасних технологічних, екологічних, біологічних та інших об’єктів, для яких необхідно проектувати системи керування, є складними багатоелементними системами. Спроби їх опису, які ґрунтуються на властивостях складових елементів, часто приводять до розроблення складних моделей. Великих успіхів можна досягнути не вникаючи у внутрішню структуру керованого об’єкта. У цьому випадку об’єкт характеризують як єдине ціле і моделюють зв’язок між його вхідними і вихідними процесами. Звичайно, така модель не показує особливостей фізичних, хімічних, біологічних та інших процесів, які відбуваються у об’єкті при його функціонуванні. Але отримані за допомогою такої моделі результати спостереження дозволяють проаналізувати зв’язки між входом і виходом об’єкта, що, у свою чергу, утворює сукупність тих відомостей, які достатні для проектування системи керування.

Модель об’єкта, яка описує цей зв’язок, характеризує властивості об’єкта при деяких припущеннях або при певних діапазонах зміни вхідного і вихідного процесів об’єкта.

Для ціленаправленого керування поведінкою об’єкта необхідно знати його характеристики, щоб правильно побудований сигнал керування міг перевести об’єкт з деякого початкового стану у необхідний. Визначенням характеристик об’єкта за результатами вимірювань вхідних і вихідних сигналів займається один із найважливіших напрямків теорії автоматичного керування, який називають ідентифікацією.

Ідентифікація (від лат. – identifісо – ототожнення) – це процес побудови математичної моделі об’єкта, адекватній (від лат. adaequatus – зрівняний) об’єкту з точністю до заданого критерію. Розрізняють ідентифікацію у вузькому і широкому змісті.

Під ідентифікацією у вузькому змісті розуміють оцінювання параметрів математичної моделі при заданій її структурі за результатами вимірювань вхідних і вихідних сигналів.

Під ідентифікацією у широкому змісті розуміють як побудову самої моделі об’єкта, так і визначення її параметрів. Ідентифікація у широкому змісті є, як правило, довготривалим процесом.

Суттєве значення при розв’язку задач ідентифікації має апріорна інформація. Апріорна (від лат. арriori – із попереднього) інформація буває трьох видів:

- про фізико-механічні властивості об’єкта;

- про зовнішнє середовище;

- про виміряні змінні.

Зазвичай при ідентифікації опираються на накопичений досвід, знання, інтуїцію дослідників.

Ідентифікацію поділяють на ідентифікацію у реальному часі і післяекспериментальну. У першому випадку при ідентифікації накладають жорсткі обмеження, у другому таких обмежень немає, але для створення адекватної моделі необхідно мати значну кількість апріорних даних. Крім того, обмеження накладають на час експлуатації і можливості ЕОМ.

Післяекспериментальна ідентифікація поділяється на два види:

- ідентифікація в режимі нормальної експлуатації;

- ідентифікація з подачею на об’єкт пробних вхідних впливів.

При цьому незалежно від виду ідентифікації на вхідні сигнали накладають обмеження за інформативністю. Зокрема, часові характеристики сигналів є інформативними, якщо сигнал разом зі своїми похідними складає незалежну лінійну функцію, а кількість частот на вхідному сигналі є більшою від половини оцінюваних параметрів.

1. Загальні відомості про ідентифікацію.

Розроблення систем автоматизації будь-яких технологічних процесів і об’єктів передбачає реалізацію таких взаємозв’язаних етапів:

- загальне вивчення керованого технологічного процесу і автоматизованого технологічного устаткування, за допомогою якого цей процес реалізується;

- ідентифікацію технологічного процесу як об’єкта автоматизації – розроблення нової або обґрунтування однієї з відомих його математичних моделей; крім того, ідентифікація технологічного процесу передбачає вибір його параметрів відповідно до вибраних критеріїв і обмежень, що накладаються;

- інженерний синтез системи автоматизованого керування технологічним процесом, що реалізує прийнятий алгоритм управління з бажаним ступенем точності його відтворення;

- розроблення і конструювання усього комплексу автоматизованої технологічної системи з урахуванням додаткових вимог енергетичного, експлуатаційного, найдійнісного, екологічного і техніко-економічного характеру.

Ідентифікація об’єкта автоматизації є одним з необхідних і первинних етапів роботи.

Задача ідентифікації, як задача визначення (або, точніше, оцінювання) параметрів і структури об’єкта виникає у двох випадках:

- по-перше, у процесах пізнання, коли будують пізнавальні моделі об’єктів і явищ, з якими стикається людина;

- по-друге, у процесах керування, пов’язаних з ціленаправленою зміною об’єкта, тобто з досягненням мети, поставленої людиною.

Ідентифікація у процесах пізнання

У процесах пізнання об’єкт ідентифікують, внаслідок чого створюють пізнавальну модель, яка відображає у необхідній мірі механізм функціонування об’єкта. Прикладом такого виду ідентифікації може бути вивчення оточуючої нас природи. Пояснення явищ природи, їх взаємний зв’язок і обумовленість, аналіз механізмів і т.д. – це основні задачі ідентифікації, які відображають важливу для людини специфіку об’єктів у оточуючому нас світі. Ця специфіка відображається у своєрідності причинно-наслідкових зв’язків кожного об’єкта або явища, які зручно представити у вигляді деякого “перетворювача” причини у наслідок (рис. 1.1). Опис “експлуатації” такого перетворювача будемо називати моделлю. Отже, під моделлю будемо розуміти судження (на будь-якій мові – математичній, графічній, алгоритмічній, розмовній і т.д.), які дозволяють імітувати явище, що спостерігається. Тобто, наприклад, ефективно передбачати наслідки за причинами. Проблема створення моделей характерна для процесу пізнання. Крім того, метою такого процесу є синтез моделей, що відображають специфічні особливості явища чи об’єкта, що вивчається.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Лекція №1	\|	Лекція №2

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.003 сек.