2.8 Spôsoby opisu riadených systémov,
podstata identifikácie, modelovania a
simulácie systémov
Úlohy o dynamických, resp. zložitých
systémoch:
1.
2.
3.
4.
5.
Analýza.
Syntéza.
Identifikácia, modelovanie, simulácia.
Riadenie.
Diagnostikovanie.
1
2.8 Spôsoby opisu riadených systémov,
podstata identifikácie, modelovania a
simulácie systémov
 Identifikácia – experimentálna a vyhodnocovacia
činnosť orientovaná na definíciu alebo spresnenie
prenosových vlastností sústav.
 všeobecne nie je jednoznačná,
 existuje celá množina vnútorných štruktúr a k nim
prislúchajúcich parametrov, ktoré dávajú súvislosti,
odpovedajúce stanoveným východiskovým požiadavkám.
 Identifikácia zahŕňa v sebe:
 problémy metódy,
 prístrojové problémy.
2
2.8 Spôsoby opisu riadených systémov,
podstata identifikácie, modelovania a
simulácie systémov
Základné identifikačné metódy:
deterministické – vlastnosti sústavy sa určujú z
odozvy na známy deterministický vstupný signál.
Diracov impulz (váhová funkcia, impulzná
charakteristika);
Jednotkový (Hevisaedov skok) skok (prechodová
charakteristika);
Harmonický vstupný signál (frekvenčný prenos,
spektrálna analýza).
3
2.8 Spôsoby opisu riadených systémov,
podstata identifikácie, modelovania a
simulácie systémov
štatistické identifikačné metódy:
Metóda korelačných funkcií (autokorelačná funkcia,
funkcia vzájomnej korelácie);
Metóda optimálnej aproximácie – je založená na
hľadaní takých hodnôt predstaviteľných parametrov
modelu danej štruktúry, pri ktorých sa dosiahne podľa
zvoleného kritéria optimálna náhrada skúmanej sústavy
modelov.
4
2.8 Spôsoby opisu riadených systémov,
podstata identifikácie, modelovania a
simulácie systémov
Najčastejšie sa volia integrálne kritéria odchýlky
výstupných signálov systému a modelu
Q  lim
T
1
T
 v (t )  v


2
( t ) dt  min
0
pre ʋ = 1;2;1/2, teda kritérium minima strednej hodnoty
absolútnej odchýlky (ʋ = 1), minima strednej hodnoty
kvadrátu odchýlky (ʋ = 2) a minima strednej hodnoty
druhej odmocniny z absolútnej hodnoty (ʋ = 1/2). Hodnotu
tohto funkcionálu minimalizujeme zmenou hodnôt
parametrov modelu. Výsledkom je model, ktorého
dynamické vlastnosti optimálne aproximujú dynamické
vlastnosti skúmanej sústavy, a to v zmysle zvoleného
kritéria.
5
2.8 Spôsoby opisu riadených systémov,
podstata identifikácie, modelovania a
simulácie systémov
Základná schéma metódy optimálnej aproximácie
6
2.8 Spôsoby opisu riadených systémov,
podstata identifikácie, modelovania a
simulácie systémov
Iné delenie identifikačných metód:
 analytické,
 experimentálne.
V procese exprimetnálnej identifikácie významnú
úlohu zohrávajú znalosti získané z nameraných
údajov (dolovanie znalostí). Objavovanie a využitie
znalostí v procese experimentálnej identifikácie je
znázornené na nasledujúcom obrázku.
7
2.8 Spôsoby opisu riadených systémov, podstata
identifikácie, modelovania a simulácie systémov
Objavovanie znalostí v procese experimentálnej identifikácie
8
2.8 Spôsoby opisu riadených systémov,
podstata identifikácie, modelovania a
simulácie systémov
Výrobné procesy, reálne
materiálovo-energetické
procesy
Získavanie informácií, skúmanie
... Nedostupný pre ciele riadenia
Modelovanie
Náhrada reálnych
procesov modelom
... Slúži pre dosiahnutie cieľov riadenia
Obr.14: Podstata modelovania
9
2.8 Spôsoby opisu riadených systémov,
podstata identifikácie, modelovania a
simulácie systémov
Proces riadenia je teda nutne viazaný na
predbežný proces modelovania (opis riadeného
systému). Modelovanie je teda zvláštny prípad
poznávacieho procesu
bijektívne zobrazenie
Originál, predmet,
reálny svet,
objekt
Obraz, model,
subjekt
Obr.15: Modelovanie ako poznávací proces
10
2.8 Spôsoby opisu riadených systémov,
podstata identifikácie, modelovania a
simulácie systémov
Pre modelovanie je teda charakteristické:
zámerné, cieľavedomé vytvorenie obrazu objektu
prispôsobenie voľby zobrazovacích hľadísk
cieľom, pre ktorý má model slúžiť
nie je nevyhnutné, aby pri zobrazovaní
(modelovaní) objekt skutočne existoval
11
2.8 Spôsoby opisu riadených systémov,
podstata identifikácie, modelovania a
simulácie systémov
Postup pri modelovaní pozostáva z týchto
krokov:
Obr.16: Proces analýzy systému a tvorby modelu
12
2.8 Spôsoby opisu riadených systémov,
podstata identifikácie, modelovania a
simulácie systémov
Odvodenie slovného (verbálneho) modelu;
práca pre expertov a systémových znalcov;
môžu využiť:
Indukciu
stanovenie všeobecných téz na základe skúmania
konkrétnych prípadov
Dedukciu
logické odvodzovanie jednotlivých prípadov zo
všeobecných poznatkov
13
2.8 Spôsoby opisu riadených systémov,
podstata identifikácie, modelovania a
simulácie systémov
 Transformácia
verbálnych informácií
na matematický alebo
logický model
 Formalizovaný model
pretransformujeme na
počítačový simulačný
model
Obr.17: Postup zostavenia simulačného programu
14
2.8 Spôsoby opisu riadených systémov,
podstata identifikácie, modelovania a
simulácie systémov
Zostavenie simulačného programu prevedieme
v dvoch etapách (obr.17):
utvorí sa zo systému formálny model, pričom sa
abstrahuje od fyzikálnej podstaty do tej miery, ako
to pripúšťa príslušná formulácia problému
prevedie sa formálny model použitím simulačného
jazyka do simulačného programu
15
2.8 Spôsoby opisu riadených systémov,
podstata identifikácie, modelovania a
simulácie systémov
 Pretože spravidla úvodné simulačné výsledky získané
s modelom neposkytujú dostatočnú zhodu so
správaním sa reálneho systému je nutné overovať
(testovať) model
 Teda modelovými analýzami a pokusmi so
simulačným modelom treba napokon preukázať
(obr.18), že zvolený formálny model primerane
znázorňuje reálny systém a že simulačný program
vyhovuje špecifikácií formálneho modelu
16
2.8 Spôsoby opisu riadených systémov,
podstata identifikácie, modelovania a
simulácie systémov
Obr.18: Validácia a verifikácia simulačného programu
17
2.8 Spôsoby opisu riadených systémov,
podstata identifikácie, modelovania a
simulácie systémov
 Validácia - overovanie, že model primerane
znázorňuje reálny systém (vhodnosť modelu)
 Verifikácia - overenie, že simulačný program
vyhovuje špecifikácii formálneho modelu
Platnosť modelu má štyri rozličné aspekty:
 platnosť štruktúry
 platnosť správania
 empirická platnosť
 platnosť použitia
18
2.8 Spôsoby opisu riadených systémov,
podstata identifikácie, modelovania a
simulácie systémov
off-line ,využije sa v plánovacej fáze
Využitie simulačného
programu
on-line, spojenie s reálnym procesom z dôvodu
optimalizácie vedenia procesu
19