45459

Основные задачи анализа систем с минимальной средней квадратичной ошибкой: задача фильтрации, задача экстраполяции, задача дифференцирования и др

Доклад

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Если задающее воздействие gt является случайным процессом то выходная координата системы yt и ошибка воспроизведения xt = gt yt представляют собой также случайные процессы. Следовательно при случайных воздействиях речь может идти об определении не мгновенных а лишь некоторых средних значений выходной переменной системы и ошибки. Такими средними значениями являются среднее значение квадрата выходной переменной системы 9.23 Следовательно для исследования статистической точности автоматических систем необходимо вычисление...

Русский

2013-11-17

265.5 KB

0 чел.

5. Основные задачи анализа систем с минимальной средней квадратичной ошибкой: задача фильтрации, задача экстраполяции, задача дифференцирования и др.

Оценка работы линейных автоматических систем при случайных стационарных воздействиях

Оценить работу автоматических систем при сигналах внешних воздействий в виде стационарных случайных процессов можно с помощью корреляционных функций и спектральных плотностей.

Если задающее воздействие g(t) является случайным процессом, то выходная координата системы y(t) и ошибка воспроизведения x(t) = g(t) - y(t) представляют собой также случайные процессы.

Следовательно, при случайных воздействиях речь может идти об определении не мгновенных, а лишь некоторых средних значений выходной переменной системы и ошибки.

Такими средними значениями являются среднее значение квадрата выходной переменной системы

(9.20)

и квадрата ошибки

(9.21)

Эти величины можно найти через их корреляционные функции и спектральные плотности

163

(9.22)

(9.23)

Следовательно, для исследования статистической точности автоматических систем необходимо вычисление корреляционных функций Rу(τ), Κx(τ) и спектральных плотностей Sу(ω), Sx(ω) переменной на выходе системы у и ошибки x по известной корреляционной функции Rg(τ) и спектральной плотности Sg(ω) случайного входного воздействия.

Для установления взаимосвязи между корреляционными функциями переменных входа и выхода системы, а также взаимосвязи между их спектральными плотностями используется известное интегральное уравнение (интеграл Дюамеля), на основании которого

(9.24)

где wy(t) - весовая или импульсная функция замкнутой системы по задающему воздействию g(t);

λ - вспомогательное время интегрирования.

Тогда корреляционная функция выходной величины

Ry(r) = y(t) · y(t + τ),

(9.25)

а спектральная плотность, определяемая как прямое преобразование Фурье от корреляционной функции, имеет вид

Sy(ω) = F[Ry(τ)].

(9.26)

Выполнив необходимые преобразования получаем [1]

Sy(ω) = | Фg(jω) |2 · Sg(ω),

(9.27)

164

где Фg(jω) - частотная передаточная функция замкнутой системы по задающему воздействию.

Таким образом, спектральная плотность выходной координаты системы может быть получена умножением спектральной плотности входной величины на квадрат модуля частотной передаточной функции замкнутой системы до задающему воздействию.

Аналогично получается выражение для спектральной плотности ошибки

Sx(ω) = F[Rx(τ)] = | Фxg(jω) |2 · Sg(ω)

(9.28)

где Фxg(jω) - частотная передаточная функция замкнутой системы по ошибке относительно задающего воздействия.

Выражения (9.27) и (9.28) устанавливают связь между спектральными плотностями Sy(ω), Sx(ω) переменной на выходе системы у и ошибки x со спектральной плотности Sg(ω) случайного входного воздействия.

Тогда средние значения квадрата выходной величины системы и ошибки определяются как

(9.29)

(9.30)

При действии на систему независимых друг от друга задающего и возмущающего воздействий g(t) и f(t) спектральная плотность ошибки системы будет

Sx(ω) = |Фxg(jω)|2 Sg(ω) + |Фxf(jω)|2 Sf(ω),

(9.31)

где Φxf(jω) - частотная передаточная функция замкнутой системы относительно точек входа помехи f(t) и ошибки x(t);

Sf(ω) - спектральная плотность сигнала помехи f(t).

165

Суммарная ошибка системы в этом случае будет характеризоваться выражением

x

2

Σ

= x

2

g

+ x

2

f

.

(9.32)

Таким образом оценивается работа линейных автоматических систем при случайных стационарных воздействиях.

Пример. Передаточная функция разомкнутой системы автоматического управления имеет вид

W(s) =

k

s(T1s + 1)(T2s + 1)

 ,

где k - общий коэффициент передачи разомкнутой цепи;
Т
1 и Т2 - постоянные времени.

На входе системы действует полезный регулярный сигнал m(t) = m1 · t и помеха n(t), представляющая собой белый шум со спектральной плотностью Sn(ω) = c2 = const.

Оценить ошибку системы.

Решение. Установившееся значение ошибки от полезного сигнала

Средний квадрат случайной ошибки, вызванной помехой на входе, равен среднему квадрату выходной величины системы от помехи и определяется

Из полученных выражений следует, что увеличение общего коэффициента передачи разомкнутой цепи системы k с одной стороны ведет к уменьшению установившегося значения ошибки системы от

166

полезного сигнала, однако, с другой стороны для уменьшения среднего квадрата случайной ошибки, вызванной помехой на входе, необходимо, чтобы значение общего коэффициента передачи разомкнутой цепи системы k было минимально.

Оптимальное значение общего коэффициента передачи системы делается путем минимизации среднего квадрата суммарной ошибки


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

71984. Розв’язування прикладів і задач на додавання і віднімання круглих десятків. Задачі на знаходження третього доданка 49.5 KB
  Мета: вправляти учнів у розв’язуванні прикладів і задач на додавання і віднімання круглих десятків; формувати вміння розв’язувати задачі на знаходження третього доданка; виховувати любов до природи. Розвиток математичних умінь. Він пропонує нам розв’язати приклади № 315 самостійно.
71985. Одиниці вимірювання маси. Перетворення одиниць вимірювання маси. Задачі,що розв’язуються за допомогою відношення 44.5 KB
  Мета: систематизувати знання учнів про одиниці вимірювання маси, формувати уміння замінювати одиниці вимірювання маси іншими, вправляти у розв’язуванні задач способом відношення, повторити одиниці вимірювання довжини, дроби.
71986. Додавання двоцифрових чисел без переходу через десяток. Задачі, що містять відношення «на… більше» («на… менше») 43 KB
  Мета: учити учнів додавати двоцифрові числа без переходу через десяток творчо працювати із задачами що містять відношення на більше на менше; розвивати логічне мислення уміння працювати в парах; виховувати любов до природи інтерес до математики.
71989. Число й цифра 7. Утворення числа способом прилічення 1. Порівняння чисел у межах 7. Попереднє і наступне число. Написання цифри 7 88.5 KB
  Тож гаразд часу не гаєм І урок вже починаєм А урок сьогоднішній нехай всім принесе задоволення від дуже потрібної роботи. Сьогодні ми вивчимо цифру 7 яка позначає число сім. Цифра сім як кочерга це її стирчить нога. Сім яскравих кожен знає Кольорів веселка має.
71990. Знаходження невідомого дільника. Розв’язання задачі на три дії виразом 1.57 MB
  Обладнання: зошит з друкованою основою картка з буквеним виразом з домашнього завдання; відповіді математичного диктанту для перевірки зі словом спасибі; картки з виразами на предметних малюнках; таблиця для розв’язування рівняння в підручнику;...
71991. Число 8. Цифра 8. Склад числа 8. Розробка інтегрованого уроку математики (з елементами ознайомлення з навколишнім світом) 216 KB
  Мета. Познайомити учнів з числом і цифрою 8. Повторити і закріпити навички рахунку в межах 7. Розвивати логічне мислення, мову, творчі здібності. Збагачувати знання про навколишній світ. Виховувати пізнавальний інтерес до предмету математики.