Systemidentifikasjon Oppgaver



Like dokumenter
Systemidentifikasjon Oppgaver

Systemidentifikasjon Løsninger

Tilstandsestimering Oppgaver

Systemidentifikasjon

Tilstandsestimering Oppgaver

Tilstandsrommodeller. Hans- Pe1er Halvorsen, M.Sc.

Control Engineering. State-space Models. Hans-Petter Halvorsen

Observer HANS-PETTER HALVORSEN, Telemark University College Department of Electrical Engineering, Information Technology and Cybernetics

Simuleringseksempel. Vi ønsker å simulere følgende system (vanntank) i MathScript: Matematisk modell:

Control Engineering. MathScript. Hans-Petter Halvorsen

Tilstandsestimering Løsninger

Stabilitetsanalyse. Hans- Pe/er Halvorsen, M.Sc.

Kalmanfilter HANS-PETTER HALVORSEN,

SLUTTPRØVE (Teller 60% av sluttkarakteren)

MathScript. Hans- Pe1er Halvorsen, M.Sc.

KYBERNETIKKLABORATORIET. FAG: Industriell IT DATO: OPPG.NR.: LV4. LabVIEW Temperaturmålinger BNC-2120

Control Engineering. Stability Analysis. Hans-Petter Halvorsen

2-Tank System. Telemark University College Department of Electrical Engineering, Information Technology and Cybernetics

Frequency Response and Stability Analysis. Hans- Pe9er Halvorsen, M.Sc.

Sammenlikningav simuleringsverktøyfor reguleringsteknikk

University College of Southeast Norway. Observer HANS-PETTER HALVORSEN.

Minste kvadraters metode i MATLAB og LabVIEW

Frequency Response and Stability Analysis

Eksamensoppgave i TELE2001 Reguleringsteknikk

Matlab-tips til Oppgave 2

Simulering i MATLAB og SIMULINK

SCE1106 Control Theory

Eksamen i MIK130, Systemidentifikasjon

Løsning til eksamen i IA3112 Automatiseringsteknikk ved Høgskolen i Sørøst- Norge

Øving 1 ITD Industriell IT

Simuleringsalgoritmer

FYS3240/4240 Forslag til prosjektoppgave for Lab 4: DAQ-øvelse med LabVIEW

Lineær analyse i SIMULINK

EKSAMENSFORSIDE Skriftlig eksamen med tilsyn

Løsningsforslag MAT102 Vår 2018

Oppgave 1.1. Den første er en klassiker. Studer figur A4.1 i vedlegg 1. Finn overføringsfunksjonen ved hjelp av manuelle, grafiske metoder.

Løsning til eksamen i IA3112 Automatiseringsteknikk

Del 1. Totank minimum forstyrrelse

Tilstandsestimering Løsninger

Om tilpasning av funksjoner til observerte dataer

a) The loop transfer function with the process model with a P controller is given by h 0 (s) = h c (s)h p (s) = K p (1 + s)(2 + s) K p

Team2 Requirements & Design Document Værsystem

Generell informasjon om faget er tilgjengelig fra fagets nettside, og for øvinger brukes canvas.

Inst. for elektrofag og fornybar energi

EKSAMENSFORSIDE Skriftlig eksamen med tilsyn

Eksamen i MIK130, Systemidentifikasjon

år i alder x i tid y i i=1 (x i x) 2 = 60, 9

1 Tidsdiskret PID-regulering

Ikke lineære likninger

UNIVERSITETET I OSLO

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG

TMA4245 Statistikk Eksamen desember 2016

Matematikk Eksamensaktuelle numerikk-oppgåver

KYBERNETIKKLABORATORIET. FAG: Kybernetikk DATO: OPPG. NR.: R134 TEMPERATURREGULERING

EKSAMENSFORSIDE Skriftlig eksamen med tilsyn

Løsningsforslag til sluttprøven i emne IA3112 Automatiseringsteknikk

Stabilitetsanalyse i MATLAB og LabVIEW

Test av USB IO-enhet. Regulering og HMI.

Eksamen i MIK130, Systemidentifikasjon

Emne 11 Differensiallikninger

KYBERNETIKKLABORATORIET. FAG: Dynamiske systemer DATO: OPPG.NR.: DS3 MOTOR GENERATOROPPGAVE I

MAT1030 Diskret matematikk

Tre på rad mot datamaskinen. Steg 1: Vi fortsetter fra forrige gang. Sjekkliste. Introduksjon

Universitetet i Stavanger Institutt for petroleumsteknologi

Kistock IC 650 inneklimalogger

Reguleringsteknikk. Finn Aakre Haugen. 16. juni 2014

Requirements & Design Document

Løsningsforslag Eksamen i MIK130, Systemidentifikasjon (10 sp)

Repetisjon Novice Videregående Python PDF

Funksjoner, likningssett og regning i CAS

Matematikk Øvingsoppgaver i numerikk leksjon 11 Eulers metode. Løsningsforslag

Ma-1410: Analyse, Obligatorisk øvelse 2, høsten løsningsforslag

EKSAMENSOPPGAVE. Høgskolen i Telemark. EMNE: IA3112 Automatiseringsteknikk. EMNEANSVARLIG: Finn Haugen (tlf ). EKSAMENSTID: 5 timer

R2 eksamen våren 2017 løsningsforslag

Emnenavn: Industriell IT. Eksamenstid: 4 timer. Faglærer: Robert Roppestad

STK2100. Obligatorisk oppgave 1 av 2

KYBERNETIKKLABORATORIET. FAG: Dynamiske systemer DATO: OPPG.NR.: DS4E. FREKVENS OG SPRANGRESPONSANALYSE Med ELVIS

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

Emne 10 Litt mer om matriser, noen anvendelser

Løsningsforslag for eksamen i VG1340 Matematikk 1MX eksamensoppgaver.org

SLUTTPRØVE. EMNEANSVARLIG: Finn Aakre Haugen. Tlf Epost: Antall sider: 14 (medregnet denne forsiden)

UNIVERSITETET I OSLO

Ma-1410: Analyse, Obligatorisk øvelse 2, høsten 2001.

Programmering i Java med eksempler

Eksamensoppgave i TMA4240 Statistikk

Del 2: Alle hjelpemidler er tillatt, med unntak av Internett og andre verktøy som tillater kommunikasjon.

TDT4160 DATAMASKINER GRUNNKURS EKSAMEN

Løsningsforslag 1T Eksamen. Høst Nebuchadnezzar Matematikk.net Øistein Søvik

Generell informasjon om faget er tilgjengelig fra fagets nettside, og for øvinger brukes It s learning. systemidentifikasjon fra sprangrespons.

Reg tek final exam formelsamling

Løsningsforslag øving 4

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

Generell informasjon om faget er tilgjengelig fra It s learning. 1 En kort oppsummering Adaptiv filtrering 2. 3 Prediksjon 4

Kalmanfilter på svingende pendel

Hjemmeeksamen 2 i INF3110/4110

University College of Southeast Norway. Kalmanfilter HANS-PETTER HALVORSEN,

Del 2: Alle hjelpemidler er tillatt, med unntak av Internett og andre verktøy som tillater kommunikasjon.

Dato: fredag 14 desember 2007 Lengde på eksamen: 4 timer Tillatte hjelpemidler: ingen. 1 Diskret tilstandsrommodell 2. 2 Stående pendel 4

Oppgaver uke 1: Løsningsforslag

EKSAMENSFORSIDE Skriftlig eksamen med tilsyn

Transkript:

Telemark University College Department of Electrical Engineering, Information Technology and Cybernetics Systemidentifikasjon Oppgaver HANS-PETTER HALVORSEN, 2012.03.16 Faculty of Technology, Postboks 203, Kjølnes ring 56, N-3901 Porsgrunn, Norway. Tel: +47 35 57 50 00 Fax: +47 35 57 54 01

Innholdsfortegnelse 1 Innledning... 3 2 Minste kvadraters metode... 4 3 Validering... 16 2

1 Innledning Task 1: Systemidentifikasjon Hva er systemidentifikasjon? Hva kan systemidentifikasjon brukes til? Hvordan kan man identifisere et system? Task 2: Ulike metoder for systemidentifikasjon Nevn kort ulike metoder for systemidentifikasjon og hva som kjennetegner disse. Task 3: Prosedyre for systemidentifikasjon Nevn de ulike stegene som vanligvis inngår ved systemidentifikasjon. Tegn gjerne en skisse og forklar kort de ulike stegene som inngår. 3

2 Minste kvadraters metode Her kommer noen oppgaver ifm Minste kvadraters metode, eller Least Square method (LS) som det heter på engelsk. Task 4: Løse likningssett Gitt følgende likninger: Sett opp likningene på formen og løs likningssettet ( ). Bruk håndregning, samt kontroller svaret vha MathScript. Løs Likningssettet vha Minste kvadraters metode Blir resultatet det samme? Task 5: Finn Minste kvadraters løsning Gitt der: [ ] [ ] Finn vha Minste kvadraters metode (penn og papir) Sjekk svaret vha MathScript og LabVIEW Kan systemet løses vha? 4

5 Minste kvadraters metode Task 6: Minste kvadraters metode Gitt følgende modell: Følgende verdier er funnet fra eksperimenter: Vi ønsker å finne de ukjente modellparametrene and ved å bruke Minste kvadraters metode. Finn and vha håndregning (penn og papir) Finn and vha MathScript Finn and vha LabVIEW Task 7: Kvadratisk kurve Vi har logget følgende data for et gitt system hvor datapunktene er tegnet som små sirkler o plottet nedenfor:

6 Minste kvadraters metode Som du ser av kurven har vi for 6 forskjellige verdier av (pådraget) logget utgangen. Ut fra formen på kurven ønsker vi å tilpasse dette til en 2.ordens modell på følgende form: Finn modellparametrene Finn modellparametrene basert på dataene gitt i plottet. vha Minste kvadraters metode ved å bruke følgende: 1. Håndregn ved å bruke penn & papir 2. Regn ut vha MathScript 3. Regn ut vha LabVIEW Tips! Sett systemet opp på følgende form (regresjonsmodell): Deretter på formen: og løs vha:

7 Minste kvadraters metode Bruk MathScript til å plotte punktene over sammen med modellen i ett og samme plot (med innsatte verdier for a, b, c). Task 8: Skalering vha Minste kvadraters metode Gitt følgende varmluftsprosess: Systemet har følgende matematiske modell: { [ ]} hvor: [ ] er kontrollsignalet til varmeelementet [ ] er tidskonstanten til systemet [ ] er varneelementets forsterkning [ ] er tidsforsinkelsen i systemet er romtemperaturen Vi ønsker å logge temperaturen vha en DAQ enhet som gir oss et spenningssignal mellom. Dette signalet ønsker vi å konvertere til en temperaturverdi mellom, dvs. vi trenger å skalere til.

8 Minste kvadraters metode Siden dette vil være en lineær skalering kan vi bruke følgende: Vi ønsker å finne parametrene og for denne funksjonen vha Minste kvadraters metode. Vi har 2 punkter på linja: Sjekk svaret vha MathScript. Task 9: Dynamisk system Gitt følgende system: der er tidskonstanten til systemet er f.eks Pumpeforsterkningen Sett opp systemet på formen Implementer modellen i LabVIEW. Sett og og simuler systemet. Tips! Implementer modellen vha Simulation Subsystem og implementer systemet vha tilgjengelige blokker. Plot sprangresponsen for systemet. Finn transferfunksjonen for systemet: Sammenlign og diskuter resultatet med sprangresponsen fra forrige deloppgave.

9 Minste kvadraters metode Bruk modellen som du implementerte i en tidligere deloppgave som utgangspunkt. Bruk denne til å logge input ( ) og output data ( ). Lagre de loggede dataene til fil vha Write To Measurement File. Forslag til løsning: Her er et utdrag fra koden i løsningsforslaget: Merk! dette må selvsagt implementeres i en (While) loop. Finn modellparametrene ( og ) vha Minste kvadraters metode i LabVIEW. Merk! Svaret bør da bli og. Tips! Det kan være en god ide å splitte opp programmet i forskjellige logiske deler ved å bruke SubVIs i LabVIEW. Her er noen tips og triks for å hjelpe dere litt på vei: Hent Loggedata: Her er et utdrag fra løsningsforslaget:

10 Minste kvadraters metode Transformering av : Her er et utdrag fra løsningsforslaget: Hele poenget er å stable loggedatene på riktig måte og passe på at de har riktig dimensjon. Fra loggedatene lager vi nye vektorer, f.eks. trenger vi både og. Det er også mulighet for å manipulere/transformere loggedataene i f.eks. MS Excel. Finn Minste kvadraters løsning: Her er et utdrag fra løsningsforslaget: Vi finner parametrene vha formelen: Task 10: Dynamisk system med tidsforsinkelse Gitt følgende system (med dødtid):

11 Minste kvadraters metode der er tidskonstanten til systemet er f.eks Pumpeforsterkningen er dødtiden i systemet. Sett opp systemet på formen Gitt følgende loggedata (dataene er ikke realistiske) 1 0.9 3 2 1.0 4 3 1.1 5 4 1.2 6 5 1.3 7 6 1.4 8 7 1.5 9 Vi har brukt følgende samplingstid: Ut fra en enkel sprangrespons har vi funnet dødtiden til å være:. Sett systemet opp på formen Finn modellparametrene ( ). Kontroller svaret vha MathScript. Implementer modellen i LabVIEW. Sett,, og simuler systemet. Tips! Implementer modellen vha Simulation Subsystem og implementer systemet vha tilgjengelige blokker. Plot sprangresponsen for systemet.

12 Minste kvadraters metode Finn transferfunksjonen for systemet: Sammenlign og diskuter resultatet med sprangresponsen fra forrige deloppgave. Plott sprangresponsen for transferfunksjonen i MathScript. Tips! Bruk step() funksjonen. Bruk modellen som du implementerte i en tidligere deloppgave som utgangspunkt. Bruk denne til å logge input ( ) og output data ( ). Lagre de loggede dataene til fil vha Write To Measurement File. Merk! Dødtiden, finner vi vha en enkel sprangrespons. Finn modellparametrene ( og ) vha Minste kvadraters metode i LabVIEW. Merk! Svaret bør da bli og. Finn PID parametre vha modellen for systemet og bruk Skogestad s metode. Skogestad s formler er som følger: Merk! K er her prosessens totale forsterkning (dvs ikke den samme differensiallikningen av modellen vår). som inngår i

13 Minste kvadraters metode Task 11: Systemidentifikasjon av vanntank Gitt følgende system: hvor er nivået i vanntanken. Vi ønsker å finne modellparametrene for denne tanken vha. systemidentifikasjon. I systemidentifikasjon inngår ulike trinn. Forklar kort disse trinnene. Vi ønsker å logge data for systemet beskrevet ovenfor. Vi ønsker å logge nivået i tanken. Målesignalet fra vanntanken er, mens det fysiske nivået er mellom. Vi trenger derfor å skalere signalet vi får fra DAQ enheten. Vi bruker følgende lineære skalering: Finn parametrene and vha. Minste kvadraters metode. Tip! Set systemet på formen og løs og vha.: Den matematiske modellen for vanntanken er gitt som:

14 Minste kvadraters metode Hvor er nivået i tanken er pådragssignalet til pumpa på innløpet (som vi bruker til å regulere nivået i tanken) and er ukjente konstanter (som vi ønsker å finne) Sett systemet på følgende form: Siden vi skal implementere dette I en datamaskin, må vi ha det på diskret form. Vi bruker Euler forover metoden: Hvor er samplingstiden. Vi ønsker å finne modelparametrene ( og ) and to do that we need to log input and output data for the system. Følgende data er gitt: [ ] [ ] 1 0.1 12 2 0.2 13 3 0.3 14 4 0.4 15 5 0.5 16 6 0.6 17 Samplingstid er brukt ved logging av dataene. Sett systemet på følgende form:

15 Minste kvadraters metode Bruk MathScript til å finne basert på dataene fra forrige deloppgave.

3 Validering Task 12: Validering Tegn og forklar hvordan du vil validere en modell. 16

Telemark University College Faculty of Technology Kjølnes Ring 56 N-3914 Porsgrunn, Norway www.hit.no Hans-Petter Halvorsen, M.Sc. Telemark University College Faculty of Technology Department of Electrical Engineering, Information Technology and Cybernetics E-mail: hans.p.halvorsen@hit.no Blog: http://home.hit.no/~hansha/