實(shí)際高度h給定電壓uGS23系統(tǒng)辨識(shí)課件

AirballDemo建?！獙?shí)驗(yàn)法參賽者：尹光浩余煒陳雷指導(dǎo)老師：胡志華AirballDemo建模參賽者：尹光浩余煒陳雷第1章建模對(duì)象分析第2章系統(tǒng)建模第3章模型的測試第1章建模對(duì)象分析第2章系統(tǒng)建模第3章模型的測試圖1.1被控對(duì)象工作原理：接通風(fēng)扇電源，風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)形成的氣流將對(duì)乒乓球作用一個(gè)向上的力，通過控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，可以調(diào)節(jié)對(duì)乒乓球的作用力，使之在管道內(nèi)上下運(yùn)行并穩(wěn)定在某一設(shè)定高度。第1章建模對(duì)象分析被控對(duì)象如圖1.1所示，共可分為底座和管道兩部分圖1.1被控對(duì)象工作原理：第1章建模對(duì)象分析被控對(duì)象第1章建模對(duì)象分析第1章建模對(duì)象分析第1章建模對(duì)象分析第1章建模對(duì)象分析圖1.2系統(tǒng)整體框圖第1章建模對(duì)象分析圖1.2系統(tǒng)整體框圖第1章建模對(duì)象分析

二、通過實(shí)驗(yàn)或觀測獲取系統(tǒng)數(shù)據(jù)——實(shí)驗(yàn)建模法第1章建模對(duì)象分析獲得被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型，可以通過兩種方法建模：一、從基本物理定律及系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)來推導(dǎo)出數(shù)學(xué)模型——機(jī)理分析法實(shí)驗(yàn)建模法第1章建模對(duì)象分析獲得被控第2章系統(tǒng)建模2.1選擇模型結(jié)構(gòu)2.2數(shù)據(jù)的采集與處理2.3系統(tǒng)辨識(shí)第2章系統(tǒng)建模第2章系統(tǒng)建模2.1選擇模型結(jié)構(gòu)2.2數(shù)據(jù)的采集與處

1.

一階慣性環(huán)節(jié)加純遲延或3.用有理分式表示的傳遞函數(shù)2.二階或n階慣性環(huán)節(jié)加純遲延2.1選擇模型結(jié)構(gòu)或3.用有理分式表示的傳遞函數(shù)2.二階或n階慣性環(huán)節(jié)2.2數(shù)據(jù)的采集與處理2.2數(shù)據(jù)的采集與處理圖2即用下述傳遞函數(shù)去擬合：0這里我們采用有理分式表示的傳遞函數(shù)的模型結(jié)構(gòu)，再由階躍響應(yīng)確定近似傳遞函數(shù)。在此，我們先截去延遲部分，得出被控對(duì)象的單位階躍響應(yīng)h(t)假定如圖2所示。2.3系統(tǒng)辨識(shí)圖2即用下述傳遞函數(shù)去擬合：0這里我們采用有理分式表示的傳遞根據(jù)拉氏變換的終值定理，可知（2-6）現(xiàn)定義：則根據(jù)拉氏變換的積分定理，有（2-7）（2-8）2.3系統(tǒng)辨識(shí)根據(jù)拉氏變換的終值定理，可知（2-6）現(xiàn)定義：則根據(jù)拉氏變換則且（2-11）（2-12）因此又有:同理，定義：（2-9）（2-10）2.3系統(tǒng)辨識(shí)則且（2-11）（2-12）因此又有:同理，定義：（2-9）

依此類推，可得其中（2-13）（2-14）2.3系統(tǒng)辨識(shí)依此類推，可得其中（2-13）（2-14）2.3系統(tǒng)于是得到一個(gè)線性方程組：（2-15）

其中，，，和，，，為未知系數(shù)共（n+m+1）個(gè)；Kr,r=0,1,2,，(n+m)分別是，

r=1，2，，(n+m)的穩(wěn)態(tài)值。2.3系統(tǒng)辨識(shí)于是得到一個(gè)線性方程組：（2-15）其中，，，式（2-15）中的我們可以由其定義式=得出。

根據(jù)積分的定義，可知對(duì)于定積分可以用如下式子近似，如圖2所示：圖2為采樣周期，由h的數(shù)據(jù)可以求出一系列的。2.3系統(tǒng)辨識(shí)式（2-15）中的我們可以由其定義式=得出。h2h1tS=(h1+h2)/2*tht圖2.離散梯形積分近似連續(xù)積分示意圖h2h1tS=(h1+h2)/2*tht圖2.離散梯形積

經(jīng)過系統(tǒng)分析，我們可以基本確定此系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型結(jié)構(gòu)為三階以上模型。在此，我們先假定為三階的，因此可以確定n=3，m可以為2、1、0,現(xiàn)在逐個(gè)辨識(shí)。我們先假定m=2，傳遞函數(shù)為：

（2-16）實(shí)現(xiàn)方法：2.3系統(tǒng)辨識(shí)經(jīng)過系統(tǒng)分析，我們可以基本確定此系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型結(jié)構(gòu)為

經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，運(yùn)用系統(tǒng)辨識(shí)過程提到的方法，我們可以辨識(shí)到K0,K1,K2,K3,K4,K5：將它們代入線性方程組（2-15）。2.3系統(tǒng)辨識(shí)經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，運(yùn)用系統(tǒng)辨識(shí)過程提到的方法，我們可以

運(yùn)用同樣的方法可以求得m為1和0時(shí)的以上參數(shù)和氣球?qū)嶋H高度h與給定高度之間的傳遞函數(shù)。此線性方程可以通過MATLAB求解，程序如下：F1=’’；F2=’’；F3=’’；F4=’’；F5=’’；F6=’’；[,,,,,]=solve(F1,F2,F3,F4,F5,F6)2.3系統(tǒng)辨識(shí)運(yùn)用同樣的方法可以求得m為1和0時(shí)的以上參數(shù)和氣球?qū)嶋H高度h給定電壓uGS2.3系統(tǒng)辨識(shí)實(shí)際高度h給定電壓uGS2.3系統(tǒng)辨識(shí)階躍仿真模型真實(shí)模型h仿h真第3章模型的測試階躍仿真模型真實(shí)模型h仿h真第3章模型的測試圖3.1仿真方式的測試框圖數(shù)據(jù)給定界面數(shù)據(jù)采集程序?qū)嶋H高度h給定電壓u仿真器AR000上位機(jī)（MATLAB應(yīng)用程序）GS第3章模型的測試圖3.1仿真方式的測試框圖數(shù)據(jù)給定界面實(shí)際高度h給定電壓u仿仿真曲線與實(shí)際曲線對(duì)比：MATLABB&R第3章模型的測試仿真曲線與實(shí)際曲線對(duì)比：MATLABB&R第3章模型的測試謝謝！謝謝！AirballDemo建?！獙?shí)驗(yàn)法參賽者：尹光浩余煒陳雷指導(dǎo)老師：胡志華AirballDemo建模參賽者：尹光浩余煒陳雷第1章建模對(duì)象分析第2章系統(tǒng)建模第3章模型的測試第1章建模對(duì)象分析第2章系統(tǒng)建模第3章模型的測試圖1.1被控對(duì)象工作原理：接通風(fēng)扇電源，風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)形成的氣流將對(duì)乒乓球作用一個(gè)向上的力，通過控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，可以調(diào)節(jié)對(duì)乒乓球的作用力，使之在管道內(nèi)上下運(yùn)行并穩(wěn)定在某一設(shè)定高度。第1章建模對(duì)象分析被控對(duì)象如圖1.1所示，共可分為底座和管道兩部分圖1.1被控對(duì)象工作原理：第1章建模對(duì)象分析被控對(duì)象第1章建模對(duì)象分析第1章建模對(duì)象分析第1章建模對(duì)象分析第1章建模對(duì)象分析圖1.2系統(tǒng)整體框圖第1章建模對(duì)象分析圖1.2系統(tǒng)整體框圖第1章建模對(duì)象分析

二、通過實(shí)驗(yàn)或觀測獲取系統(tǒng)數(shù)據(jù)——實(shí)驗(yàn)建模法第1章建模對(duì)象分析獲得被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型，可以通過兩種方法建模：一、從基本物理定律及系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)來推導(dǎo)出數(shù)學(xué)模型——機(jī)理分析法實(shí)驗(yàn)建模法第1章建模對(duì)象分析獲得被控第2章系統(tǒng)建模2.1選擇模型結(jié)構(gòu)2.2數(shù)據(jù)的采集與處理2.3系統(tǒng)辨識(shí)第2章系統(tǒng)建模第2章系統(tǒng)建模2.1選擇模型結(jié)構(gòu)2.2數(shù)據(jù)的采集與處

1.

一階慣性環(huán)節(jié)加純遲延或3.用有理分式表示的傳遞函數(shù)2.二階或n階慣性環(huán)節(jié)加純遲延2.1選擇模型結(jié)構(gòu)或3.用有理分式表示的傳遞函數(shù)2.二階或n階慣性環(huán)節(jié)2.2數(shù)據(jù)的采集與處理2.2數(shù)據(jù)的采集與處理圖2即用下述傳遞函數(shù)去擬合：0這里我們采用有理分式表示的傳遞函數(shù)的模型結(jié)構(gòu)，再由階躍響應(yīng)確定近似傳遞函數(shù)。在此，我們先截去延遲部分，得出被控對(duì)象的單位階躍響應(yīng)h(t)假定如圖2所示。2.3系統(tǒng)辨識(shí)圖2即用下述傳遞函數(shù)去擬合：0這里我們采用有理分式表示的傳遞根據(jù)拉氏變換的終值定理，可知（2-6）現(xiàn)定義：則根據(jù)拉氏變換的積分定理，有（2-7）（2-8）2.3系統(tǒng)辨識(shí)根據(jù)拉氏變換的終值定理，可知（2-6）現(xiàn)定義：則根據(jù)拉氏變換則且（2-11）（2-12）因此又有:同理，定義：（2-9）（2-10）2.3系統(tǒng)辨識(shí)則且（2-11）（2-12）因此又有:同理，定義：（2-9）

依此類推，可得其中（2-13）（2-14）2.3系統(tǒng)辨識(shí)依此類推，可得其中（2-13）（2-14）2.3系統(tǒng)于是得到一個(gè)線性方程組：（2-15）

其中，，，和，，，為未知系數(shù)共（n+m+1）個(gè)；Kr,r=0,1,2,，(n+m)分別是，

r=1，2，，(n+m)的穩(wěn)態(tài)值。2.3系統(tǒng)辨識(shí)于是得到一個(gè)線性方程組：（2-15）其中，，，式（2-15）中的我們可以由其定義式=得出。

根據(jù)積分的定義，可知對(duì)于定積分可以用如下式子近似，如圖2所示：圖2為采樣周期，由h的數(shù)據(jù)可以求出一系列的。2.3系統(tǒng)辨識(shí)式（2-15）中的我們可以由其定義式=得出。h2h1tS=(h1+h2)/2*tht圖2.離散梯形積分近似連續(xù)積分示意圖h2h1tS=(h1+h2)/2*tht圖2.離散梯形積

經(jīng)過系統(tǒng)分析，我們可以基本確定此系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型結(jié)構(gòu)為三階以上模型。在此，我們先假定為三階的，因此可以確定n=3，m可以為2、1、0,現(xiàn)在逐個(gè)辨識(shí)。我們先假定m=2，傳遞函數(shù)為：

（2-16）實(shí)現(xiàn)方法：2.3系統(tǒng)辨識(shí)經(jīng)過系統(tǒng)分析，我們可以基本確定此系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型結(jié)構(gòu)為

經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，運(yùn)用系統(tǒng)辨識(shí)過程提到的方法，我們可以辨識(shí)到K0,K1,K2,K3,K4,K5：將它們代入線性方程組（2-15）。2.3系統(tǒng)辨識(shí)經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，運(yùn)用系統(tǒng)辨識(shí)過程提到的方法，我們可以

運(yùn)用同樣的方法可以求得m為1和0時(shí)的以上參數(shù)和氣球?qū)嶋H高度h與給定高度之間的傳遞函數(shù)。此線性方程可以通過MATLAB求解，程序如下：F1=’’；F2=’’；F3=’’；F4=’’；F5=’’；F6=’’；[,,,,,]=solve(F1,F2,F3,F4,F5,F6)2.3系統(tǒng)辨識(shí)運(yùn)用同樣的方法可以求得m為1和0時(shí)的以上參數(shù)和氣球?qū)嶋H高度h給定電壓uGS2.3系統(tǒng)辨識(shí)實(shí)際高度h給定電壓uGS2.3系統(tǒng)