The Negative Correlation Method as a Means of Effectively Processing an Experiment on Determining the Frequency Characteristics of an Object
DOI:
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2024-2-126-133Keywords:
identification of process objects, adaptive controller, method of processing noisy technological processes, experiment planning, accuracy assessmentAbstract
The problem of developing an experiment processing method that is compact, high-precision and convenient for use as part of an adaptive controller is formulated and solved. The negative correlation method developed by the authors, which meets these requirements, employs the property of an efficient automatic control system (ACS), which consists in that the frequency of ACS natural oscillations is significantly higher than the cutoff frequencies of the disturbing inputs. In view of the low-frequency features, it is sufficient to measure only two ordinates for estimating the amplitude of oscillations and two ordinates for estimating their phase, followed by averaging over a set of periods. Each pair is separated by an interval equal to the half-period of the harmonic component, and as a result, by a sign change. The sign change calls for the use of the subtraction operation when averaging over the set instead of the addition operation and the subtraction of the correlation moment from the noise variance, a circumstance that entails a significantly weaker influence of the noise on the accuracy of estimates.
Analytical expressions for the absolute maximum amplitude and phase errors for a given confidence probability are obtained.
An experiment planning procedure to obtain the desired a priori information about the perturbation and system properties has been developed.
A computer program has been developed in the Mathcad environment, and studies were carried out, which have shown high efficiency of the proposed methods along with the possibility of their practical use as part of an adaptive controller.
It has been proven that the negative correlation method features high efficiency, thereby helping to achieve a noticeably shorter time taken to perform the experiment.
References
2. Гельфандбейн Я.А. Методы кибернетической диагностики динамических систем. Рига: Зинаитис, 1967.
3. Монастыршин Г.И. Обработка экспериментальных частотных характеристик // Автоматика и телемеханика. 1960. Т. 21. № 3. С. 422—428.
4. Ротач В.Я. Экспериментальное определение частотных характеристик участков регулирования путем включения их в нелинейную автоколебательную систему // Известия вузов. Серия «Электромеханика и автоматика». 1958. № 4.
5. Свешников А.А. Прикладные методы теории случайных функций. М.: Наука, 1968.
6. Балакирев В.С., Дудников Е.Г., Цирлин А.М. Экспериментальное определение динамических характеристик промышленных объектов управления. М.: Госэнергоиздат, 1967.
7. Давыдов Н.И., Дудникова И.П., Дудников С.Г., Мельников Б.И. Методика определения частотных характеристик промышленных объектов регулирования // Теплоэнергетика. 1956. № 9. С. 35—42.
8. Goodman T.P., Reswick I.B. Determination of System Characteristic from Normal Operating Record // Trans. ASME. 1956. V. 78(2). Pp. 729—271.
9. Woodrow R.A. Closed-loop Dynamics from Normal Operating Record. Trans. Soc. Inst. Techn., 1958.
10. Zotov M.G. A Special Case of the Wiener Equation // Engineering Cibernetics. 1964. Pp. 80—85.
11. Смирнов М.А. Методы идентификации объектов управления с использованием промышленных контроллеров // Инженерный вестник Дона. 2019. № 1(52). С. 98—109.
12. Буштрук Т.Н. Двухэтапная идентификация нелинейных объектов и процессов в адаптивных системах управления // Вестник транспорта Поволжья. 2019. № 1. С. 72—79.
13. Давыдов Н.И., Бояршинов Д.Г. Модельные исследования системы автоматического регулирования мощности энергоблока 800 МВт на базе его экспериментальных характеристик // Control: Сб. трудов Междунар. науч. конф. М., 2003. С. 80—88.
14. Койчу М.Б., Кондратенко В.Г., Перловский П.С., Симкин Е.Е. Динамические характеристики энергоблока 800 МВт с котлоагрегатом ТГМП-204 // Электрические станции. 1981. № 4. С. 10—16.
15. Ротач В.Я. Теория автоматического управления. М.: Изд-во МЭИ, 2007.
16. Кирьянов Д.В. Mathcad 15/Mathcad Prime 1.0. СПб.: БХВ-Петербург, 2012.
---
Для цитирования: Пикина Г.А., Суслов Д.М. Метод отрицательной корреляции как эффективное средство обработки эксперимента по определению частотных характеристик объекта // Вестник МЭИ. 2024. № 2. С. 126—133. DOI: 10.24160/1993-6982-2024-2-126-133
#
1. Pashchenko F.F., Pikina G.A. Osnovy Modelirovaniya Energeticheskikh Ob'ektov. M.: Fizmatlit, 2011. (in Russian).
2. Gel'fandbeyn Ya.A. Metody Kiberneticheskoy Diagnostiki Dinamicheskikh Sistem. Riga: Zinaitis, 1967. (in Russian).
3. Monastyrshin G.I. Obrabotka Eksperimental'nykh Chastotnykh Kharakteristik. Avtomatika i Telemekhanika. 1960;21;3:422—428. (in Russian).
4. Rotach V.Ya. Eksperimental'noe Opredelenie Chastotnykh Kharakteristik Uchastkov Regulirovaniya Putem Vklyucheniya Ikh v Nelineynuyu Avtokolebatel'nuyu Sistemu. Izvestiya Vuzov. Seriya «Elektromekhanika i Avtomatika». 1958;4. (in Russian).
5. Sveshnikov A.A. Prikladnye Metody Teorii Sluchaynykh Funktsiy. M.: Nauka, 1968. (in Russian).
6. Balakirev V.S., Dudnikov E.G., Tsirlin A.M. Eksperimental'noe Opredelenie Dinamicheskikh Kharakteristik Promyshlennykh Ob'ektov Upravleniya. M.: Gosenergoizdat, 1967. (in Russian).
7. Davydov N.I., Dudnikova I.P., Dudnikov S.G., Mel'nikov B.I. Metodika Opredeleniya Chastotnykh Kharakteristik Promyshlennykh Ob'ektov Regulirovaniya. Teploenergetika. 1956;9:35—42. (in Russian).
8. Goodman T.P., Reswick I.B. Determination of System Characteristic from Normal Operating Record. Trans. ASME. 1956;78(2):729—271.
9. Woodrow R.A. Closed-loop Dynamics from Normal Operating Record. Trans. Soc. Inst. Techn., 1958.
10. Zotov M.G. A Special Case of the Wiener Equation. Engineering Cibernetics. 1964:80—85.
11. Smirnov M.A. Metody Identifikatsii Ob'ektov Upravleniya s Ispol'zovaniem Promyshlennykh Kontrollerov. Inzhenernyy Vestnik Dona. 2019;1(52):98—109. (in Russian).
12. Bushtruk T.N. Dvukhetapnaya Identifikatsiya Nelineynykh Ob'ektov i Protsessov v Adaptivnykh Sistemakh Upravleniya. Vestnik Transporta Povolzh'ya. 2019;1:72—79. (in Russian).
13. Davydov N.I., Boyarshinov D.G. Model'nye Issledovaniya Sistemy Avtomaticheskogo Regulirovaniya Moshchnosti Energobloka 800 MVt na Baze Ego Eksperimental'nykh Kharakteristik. Control: Sb. Trudov Mezhdunar. Nauch. Konf. M., 2003:80—88. (in Russian).
14. Koychu M.B., Kondratenko V.G., Perlovskiy P.S., Simkin E.E. Dinamicheskie Kharakteristiki Energobloka 800 MVt s Kotloagregatom TGMP-204. Elektricheskie Stantsii. 1981;4:10—16. (in Russian).
15. Rotach V.Ya. Teoriya Avtomaticheskogo Upravleniya. M.: Izd-vo MEI, 2007. (in Russian).
16. Kir'yanov D.V. Mathcad 15/Mathcad Prime 1.0. SPb.: BKHV-Peterburg, 2012. (in Russian)
---
For citation: Pikina G.A., Suslov D.M. The Negative Correlation Method as a Means of Effectively Processing an Experiment on Determining the Frequency Characteristics of an Object. Bulletin of MPEI. 2024;2:126—133. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2024-2-126-133
