ELE620 Systemidentifikasjon, 2015. Innhold 3 Systemidentifikasjon
Transcription
ELE620 Systemidentifikasjon, 2015. Innhold 3 Systemidentifikasjon
Stavanger, 2. juli 2015 Det teknisknaturvitenskapelige fakultet ELE620 Systemidentifikasjon, 2015. Generell informasjon om faget er tilgjengelig fra fagets nettside, og for øvinger brukes It’s learning. Innhold 3 Systemidentifikasjon fra sprangrespons. 3 1 3.1 De simulerte data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3.2 Sprangrespons for førsteordens system . . . . . . . . . . . . . . 2 3.3 To førsteordens system i sekvens . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 3.4 Verifisering av modell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Systemidentifikasjon fra sprangrespons. I denne oppgaven skal en, som i øving 1, identifisere et system ut fra inngang og utgangssignalene. Her har vi imidlertid oppgitt at systemet er et førsteordenssystem, eller to førsteordenssystem i sekvens, og en liten forsinkelse. Simulink er brukt for å generere simuleringsdata, og skal også brukes for å teste deres modell av systemet mot data. Karl Skretting, Institutt for data- og elektroteknikk (IDE), Universitetet i Stavanger (UiS), 4036 Stavanger. Sentralbord 51 83 10 00. Direkte 51 83 20 16. E-post: karl.skretting@uis.no. To Workspace ELE620 systemidentifikasjon, øving 3 Simulerer sprang på en prosess. ov3datas Denne for å lage verifiseringsdata Prosessen inkluderer støy! Repeating Sequence y u Step vifte pådrag (gul) og utgang (rosa) Manual Switch Simulert prosess Scope1 Figur 1: Simulinkmodellen ov3sim13.mdl som ble brukt for å generere data. Dette er en modell av vifte-systemet på laboratoriet. 3.1 De simulerte data Data som ligger i fila ov3datas.mat er generet med simulink modellen som viser i figur 1. Data er simulert i 30 sekunder, samplingstid er 10 millisekund. I prosessen legges det til litt prosesstøy og litt målestøy. Last inn data og lag en figur i Matlab med inngangssignal u og utgangssignal y mellom 8 og 15 sekund. 3.2 Sprangrespons for førsteordens system Anta at systemet kan modelleres med h(s) = K e−τ s Tr s + 1 (1) 1. Finn sprangresponsen for et generelt førsteordenssystem med transferfunksjon som over. Det vil si finn y(t), og gjerne også ẏ(t). Lag er figur som plotter y(t). 2. Forklar hvordan en ut fra et plott av en sprangrespons for et førsteordenssystem kan finne K og Tr . 3. Forhåpentligvis er det en viss likhet mellom de to figurene du har lagt hittil. Bruk figuren fra oppgave 3.1 og bestem K, Tr og τ ut fra det en ser. 4. Gjør relevant forbehandling av data, så som translasjon (trekke fra en passende verdi fra alle signalverdiene), filtrering (glatting) for å dempe noe av målestøyen, og valg av et passende område. Lag så data som et iddata objekt. Svar skal inneholde en kort begrunnelse for de valg du gjør og Matlab-kode som brukes. 2 Step vifte ELE620 systemidentifikasjon, øving 3 Start for løsning... To Workspace ov3result ustep u ov3inn usim From Workspace ysim u y Modell prosess ymod pådrag (gul) og utgang (rosa) og simulert (blå) Scope1 Figur 2: Simulinkmodellen ov3del2.mdl som kan brukes i besvarelsen. 5. Studer dokumentasjonen for Matlab-kommandoen pem (idproc/pem). Bruk så denne for å estimere parametrene K, Tr og τ i en førsteordens modell av prosessen med litt forsinkelse. 6. Lag en simulink modell av prosessen og kjør den med samme data som ble brukt i simulering. Du kan ta utgangspunkt i modellen ov3del2.mdl som viser i figur 2. Besvarelsen skal være en figur som viser en førsteordens Simulink modell som representerer systemet. Merk at for å få utgangssignalet på riktig nivå må en legge til en konstant på utgangen etter modellen (eller i slutten av modellen). Verdier på konstanter som inngår kan være de en fant i spørsmål 5. Om en vil kan en også prøve med verdiene en fant i spørsmål 3, dere kan da se hvor mye avvikene i verdiene har å si for resultatet. 7. Plot (relevant del) av signalene som viser i skopet når systemet kjøres. Plottet kan enten tas direkte fra Simulink eller resultatdata kan plottes i Matlab Bruk verdier på konstanter fra svaret i spørsmål 5. 8. Plott frekvensresponsen for førsteordens modellen av systemet. Vis amplitudeforsterkning og faseforskyvning for frekveser mellom 0 og 2 Hz. Bruke gjerne Matlab-funksjonen freqs eller bode i CST (som gir logaritmisk plott). Hvordan påvirker forsinkelsen frekvensresponsen? Hva er knekkfrekvensen for modellen? 3 3.3 To førsteordens system i sekvens Anta at systemet kan modelleres med h(s) = K 1 e−τ s T1 s + 1 T2 s + 1 (2) 1. Bruk Matlab-kommandoen pem igjen for å estimere parametrene K, T1 , T2 og τ i denne modellen av prosessen. 2. Prøv å forklare hvor mye bedre denne modellen treffer simuleringsdata, du kan sammeligne Loss function og FPE for denne modellen og modellen i forrige oppgave. 3. Lag igjen en simulink modell av prosessen og kjør den med samme data som ble brukt i simulering. Besvarelsen skal være en figur som viser Simulink modellen for systemet. 4. Plot (relevant del) av signalene som viser i skopet når systemet kjøres. Plottet kan enten tas direkte fra Simulink eller resultatdata kan plottes i Matlab. 3.4 Verifisering av modell Dere skal nå verifisere modellene dere har har funnet i del 3.2 og del 3.3 med data fra fila ov3datav.mat. 1. Bruk modellen deres med ett førsteordenssystem og kjør dette i simulink med inngangsdata som i ov3datav.mat. Sammenlign utgangssignalet fra ov3datav.mat og fra deres modell. Svar bør være en figur som viser utgangssignalene fra 9 til 21 sekunder. 2. Bruk modellen deres med to førsteordenssystem i sekvens og kjør dette i simulink med inngangsdata som i ov3datav.mat. Sammenlign utgangssignalet fra ov3datav.mat og fra deres modell. Svar bør være en figur som viser utgangssignalene fra 9 til 21 sekunder. 4