novtexmechМехатроника, автоматизация, управлениеMekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie1684-64272619-1253Commercial Publisher «New Technologies»10.17587/mau.23.227-235novtexmech-1184Research ArticleСИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИSYSTEM ANALYSIS, CONTROL AND INFORMATION PROCESSINGСтруктурно-параметрическая идентификация линейных динамических объектовStructural Parametric Identification of Linear Dynamic ObjectsФилимоновА. Б.FilimonovA. B.

д-р техн. наук, проф.

Москва

Moscow, 119454Moscow, 125993

filimon_ab@mail.ruФилимоновН. Б.FilimonovN. B.

д-р техн. наук, проф.

Москва

Filimonov Nikolay B., Professor, Dr. Sci. Tech.

Moscow, 119991Moscow, 117997

nbfilimonov@mail.ruМИРЭА—Российский технологический университет; Московский авиационный институт (национальный исследовательский университетРоссияMIREA — Russian Technological University; Moscow Aviation Institute (National Research University)Russian FederationМосковский государственный университет им. М. В. Ломоносова; Институт проблем управления им. В. А. Трапезникова РАНРоссияLomonosov Moscow State University; Trapeznikov Institute of Control Problems, RASRussian Federation202206052022235227235Copyright © Commercial Publisher «New Technologies», 20222022Commercial Publisher «New Technologies»Commercial Publisher «New Technologies»https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://mech.novtex.ru/jour/article/view/1184

Рассматривается задача структурно-параметрической идентификации линейных стационарных динамических объектов в условиях проведения активных экспериментов. Исследуется вопрос об адекватности динамических моделей, построенных на основе анализа реакции объекта на типовое тестовое воздействие. Приведенные исследования позволяют сформулировать важные методологические положения, которые рекомендуется учитывать в новых разработках алгоритмов активной идентификации.

Показано, что в реальных условиях действия помех классическая методология построения передаточной функции объекта посредством анализа данных единичного эксперимента, т. е. отклика на тестовое воздействие, может давать неверные результаты. В связи с этим предлагается другой подход — формировать базу экспериментальных данных исходя из серии идентификационных экспериментов и на ее основе исследовать динамическую структуру свободных и вынужденных движений объекта. Идейную основу данного подхода составляют следующие решения: принцип " зондирования" пространства состояний объекта в целях определения его динамического порядка; использование механизма возбуждения свободных движений в объекте посредством финитных управляющих воздействий; применение интегрально-операторной формы представления динамики объекта, позволяющей избежать необходимости дифференцирования входного и выходного сигналов; использование аппарата линейной регрессии для параметрической идентификации передаточной функции объекта.

На основе данного подхода разработан и исследован новый метод структурно-параметрической идентификации линейных стационарных динамических объектов. Представленные результаты и компьютерная апробация в среде MATLAB показали работоспособность и эффективность данного метода идентификации.

The problem of structural-parametric identification of linear stationary dynamic objects under conditions of active experiments is considered. The question of the adequacy of dynamic models based on the analysis of the object’s response to a typical test impact is investigated. These studies allow us to formulate an important methodological aspect that is recommended to be taken into account in new developments of active identification algorithms. In this paper it is shown that in real conditions of interference, the classical methodology of constructing the transfer function of an object by means of the analysis of data single experiment, i.e. the response to a test effect can give incorrect results. In this regard, another approach is proposed — to form the base of the experimental data starting from a series of identification experiments, and because of its to investigate the dynamic structure of free and forced movements of the object. The ideological basis of this approach consists of the following solutions: the principle of " probing" the space of states of an object in order to determine its dynamic order; the mechanism of excitation of free movements in the object by means of finite control actions; the integral-operator form of representation of the dynamics of the object, which avoids the need for differentiation of input and output signals; the apparatus of linear regression for parametric identification of the transfer function of the object. One the base the given approach a new method of structural-parametric identification of linear stationary dynamic objects is developed and investigated. The presented results and computer approbation in the MATLAB environment have shown the operability and effectiveness of this identification method.

линейные стационарные динамические объектыпередаточная функцияструктурно-параметрическая идентификацияадекватность моделиlinear stationary dynamic objectstransfer functionstructural-parametric identificationadequacy of the modelReferencesСейдж Э. П. Мелса Дж. Л. Идентификация систем управления. М.: Наука, 1974. 248 с.Sage E. P. Melsa J. L. Identification of Control Systems, Moscow, Nauka, 1974, 248 p. (in Russian).Гроп Д. Методы идентификации систем. М.: Мир, 1979. 302 с.Grop D. Methods of Identification of systems, Moscow, Mir, 1979, 302 p.Дейч А. М. Методы идентификации динамических объектов. М.: Энергия, 1979. 240 с.Deich A. M. Methods of Identification of Dynamic Objects, Moscow, Energiya, 1979, 240 p. (in Russian).Современные методы идентификации систем / Под ред. П. М. Эйкхоффа. М.: Мир, 1983. 400 с.Eickhoff P. M. ed. Modern Methods of Identification of Systems, Moscow, Mir, 1983, 400 p. (in Russian).Льюнг Л. Идентификация систем. Теория для пользователя. М.: Наука, 1991. 432 с.Lyung L. Identification of Systems. Theory for the User, Moscow, Nauka, 1991, 432 p.Толчеев В. О., Ягодкина Т. В. Методы идентификации линейных одномеpных динамических систем. М.: МЭИ, 1997. 108 с.Tolcheev V. O., Yagodkina T. V. Methods of Identification of Linear One-Dimensional Dynamical Systems, Moscow, MEI, 1997, 108 p. (in Russian).Фатуев В. А., Каргин А. В., Понятский В. М. Структурно-параметрическая идентификация динамических систем. Тула: Изд-во ТулГУ, 2003. 156 с.Fatuev V. A., Kargin A. V., Ponyatsky V. M. StructuralParametric Identification of Dynamical Systems, Tula, TulSU Publishing House, 2003, 156 p. (in Russian).Методы классической и совpеменной теоpии автоматического упpавления. В 5 тт. Т. 2: Статистическая динамика и идентификация систем автоматического упpавления / Под pед. К. А. Пупкова и Н. Д. Егупова. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2004. 646 с.Pupkov K. A., Egupov N. D. Methods of Classical and Modern Theory of Automatic Control. V. 2: Statistical Dynamics and Identification of Automatic Control Systems, Moscow, Publishing House of the BMSTU, 2004, 646 p. (in Russian).Семенов А. Д., Аpтамонов Д. В., Бpюхачев А. В. Идентификация объектов упpавления. Пенза: Изд-во ПГУ, 2003. 211 с.Semenov A. D., Artamonov D. V., Bryukhachev A. V. Identification of Control Objects, Penza, Publishing House of PSU, 2003, 211 p. (in Russian).Дилигенская А. Н. Идентификация объектов управления. Самаpа: СГТУ, 2009. 136 с.Diligenskaya A. N. Identification of Management Objects, Samara, SSTU, 2009, 136 p. (in Russian).Алексеев А. А., Коpаблев Ю. А., Шестопалов М. Ю. Идентификация и диагностика систем. М.: Изд. центp "Академия", 2009. 352 с.Alekseev A. A., Korablev Yu. A., Shestopalov M. Yu. Identification and Diagnostics of Systems, Moscow, Publishing house of the Center "Academy", 2009, 352 p. (in Russian).Коновалов В. И. Идентификация и диагностика систем. Томск: Изд-во ТПУ, 2010. 156 сKonovalov V. I. Identification and Diagnostics of Systems, Tomsk, TPU Publishing House, 2010, 156 p. (in Russian).Ефимов С. В., Замятин С. В., Гайворонский С. А. Структурно-параметрическая идентификация объекта управления на основе характеристик переходного процесса // Известия ТПУ. 2010. Т. 317. № 5. С. 107—112.Efimov S. V., Zamyatin S. V., Gaivoronsky S. A. Structural and Parametric Identification of the Control Object Based on the Characteristics of the Transition Process, Izvestiya TPU, 2010, vol. 317, no. 5, pp. 107—112 (in Russian).Карташов В. Я., Карташова Л. В., Самойленко С. С. Структурно-парамет-рическая идентификация динамических объектов в режиме реального времени // Вестник Кемеровского государственного университета. 2015. Т. 1. № 1(61). С. 13—18.Kartashov V. Ya., Kartashova L. V., Samoylenko S. S. Structural and Parametric Identification of Dynamic Objects in Real-Time Mode, Bulletin of the Kemerovo SU, 2015, vol. 1, no 1(61), pp. 13—18 (in Russian).Овчаренко В. Н. Структурно-параметрическая идентификация линейной динамической системы с постоянными параметрами // Автоматика и телемеханика. 2020, № 1. С. 3—16.Ovcharenko V. N. Structural-Parametric Identification of a Linear Dynamic System with Constant Parameters, Avtomatika i Telemekhanika, 2020, no. 1, pp. 3—16 (in Russian).Филимонов А. Б., Филимонов Н. Б. Стpуктуpно-паpаметpическая идентификация динамических объектов // Изв. вузов. Пpибоpостpоение. 1993. № 1. С. 33—38.Filimonov A. B., Filimonov N. B. Structural-parametric identification of dynamic objects, Journal of Instrument Engineering, 1993, no. 1, pp. 33—38 (in Russian).Филимонов А. Б., Филимонов Н. Б. О неpобастности алгоpитмов паpаметpической идентификации в условиях помех // Мехатроника, автоматизация, управление. 2008. № 12. С. 2—6.Filimonov A. B., Filimonov N. B. On the Nonrobustness of Parametric Identification Algorithms in Interference Conditions, Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2008, no. 12, pp. 2—6 (in Russian).Голубов Б. И., Ефимов А. В., Скворцов В. А. Ряды и преобразования Уолша: теория и применения. М.: Изд-во ЛКИ, 2008. 208 с.Golubov B. I., Efimov A. V., Skvortsov V. A. Walsh Series and Transformations: Theory and Applications, Moscow, LKI Publishing House, 2008, 208 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.