Метода с условиями курсача (метода_идентификация-посл_ред)

Посмотреть архив целиком

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ



Московский Государственный Технический Университет

«МАМИ»




Факультет «Автоматизация и Управление»


Кафедра «Автоматика и Процессы Управления»




Э. Б. Станкевич

Одобрено методической комиссией факультета «Автоматизация и Управление»




МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ


по выполнению курсовой работы по дисциплине «Идентификация и диагностика систем» по специальности (220201.65) «Управление и информатика в технических системах» и по направлению (220200.62) «Автоматизация и Управление»





Москва, 2008 г.

Р А З Д Е Л 1.

Тематика и задание на курсовую работу.


Курсовая работа по Идентификации для всех студентов выполняется по единой тематике с тремя вариантами задания. Студенты получают персональное задание от преподавателя. Задания определяются в соответствии с Табл. 1, в которой приведены 26 различных вариантов задания. Вариант задания может быть модифицирован преподавателем. Изменить задание самостоятельно без согласования с преподавателем запрещается.

1. 1. Тема курсовой работы может быть выбрана из трех вариантов Идентификация эксплуатационных параметров пневматических шин на их грузоподъемность в соответствии с математическими моделями (ММ) вида:

(1)

(2)

Третий вариант заключается в сравнении эффективности MM (1) и (2) при идентификации параметров грузоподъемности пневматических шин.

1. 2. Задание на курсовую работу включает результаты лабораторных испытаний тракторных, шин, полученных в МАМИ.

В Таблице 1 приведены исходные данные для каждого варианта задания.

1. 3. К защите должны быть представлены:

Пояснительная записка к курсовой работе с указанием на титульном листе наименования университета, кафедры, темы работы, фамилии студента, номер группы и фамилия руководителя. Содержание пояснительной записки включает вариант задания в соответствии с таблицей 1.

Пояснительная записка должна быть выполнена строго в соответствии с ГОСТ.

Все промежуточные таблицы, графики и распечатки результатов вычислений выполняются на отдельном листе.




Таблица 1.


Номер варианта

Давление воздуха в шине , кПа.

Типоразмер шины

1

2

3

4

5

1

2

3

4

80

100

100

120

120

140

140

140

160

160

180

160

200

200

200

180

220

220

220

220

210-508 мод. В-105 А

5

6

7

8

80

80

100

100

100

100

120

140

140

140

160

160

180

160

180

180

200

200

200

200

240-813 мод. В-110

9

10

11

12

80

100

100

80

100

120

120

120

140

140

140

160

180

160

160

180

200

200

180

200

240-1067 мод. Я-183

13

14

15

16

80

80

90

90

90

100

100

110

110

120

110

120

130

140

130

140

150

150

140

150

300-965 мод. Я-247

17

18

19

20

80

80

90

90

100

100

100

110

120

120

110

120

130

140

130

140

150

150

150

150

300-965 мод. Я-287Р

21

22

23

24

80

80

90

90

100

100

100

110

120

120

110

120

130

140

130

140

150

150

150

150

330-965 мод. Я-166

25

100

110

120

130

150

330-965 мод. Я-261Р

26

100

110

120

130

150

400-965 мод. Я-276





Р А З Д Е Л 2


2.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ ИДЕНТИФИКАЦИИ И ДИАГНОСТИКИ


Идентификация, диагностика и планирование эксперимента являются в настоящее время основополагающей частью проектирования, испытания и контроля качества в процессе создания и эксплуатации систем, к числу которых относятся изделия машиностроения вообще и транспортные средства в частности. Практика мирового машиностроения показывает, что гарантией высокого технического уровня и надежности в эксплуатации выпускаемых промышленностью машин является поэтапный, систематический контроль их качества и качества их комплектующих агрегатов на стадиях проектирования, изготовления и эксплуатации с оперативной выдачей соответствующей информации.

В большинстве случаев постановка задачи, цель и порядок идентификации в области машиностроения в принципе и схематически состоит из двух этапов.

На первом этапе решаются задачи экономической эффективности. С этой целью выделяются главные параметры изделия (машины и её агрегатов), которые наиболее полно выражают эксплуатационные свойства изделия, и пытаются при этом найти оптимальное соотношение этих параметров, учитывая как зависимости эксплуатационных качеств изделия от этих параметров, так и зависимости их между собой. Результаты идентификации на этом этапе используются три разработке технического проекта и рабочих чертежей изделия.

На втором этапе решаются задачи, в основном технологические, по обеспечению соответствия главных параметров изделия предъявляемым им требованиям.

На каждом этапе идентификации приходится решать вопрос о средствах получения и обработки экспериментальных данных, а так же оценивать степень их подробности и точности.

Одной из центральных задач экспериментального исследования является построение с помощью полученных экспериментальных данных ММ, что в свою очередь является задачей идентификации. Цель проведения идентификации можно определить как построение хорошей и надежной ММ. Построение ММ эксперимента тесно связана с такими математическими дисциплинами, как теория вероятности и математическая статистика. ММ оказываются во многих случаях общими для моделей, имеющих различное происхождение. Значительный круг прикладных задач имеет своей целью восстановление по экспериментальным данным неизвестного оператора, то есть ММ. К этой задаче сводится проблема выбора из нескольких возможных моделей вообще и возможных ММ в частности.



2.2. КЛЮЧЕВЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ИДЕНТИФИКАЦИЯ – опознание и оценка на основе наблюдений и измерений. Осуществляется идентификация при помощи построения модели и установления коэффициентов уравнений модели по наблюдаемым данным. То есть при идентификации происходит сравнение выхода модели с выходом объекта при одних и тех же воздействиях.

ПОСТРОЕНИЕ МОДЕЛИ фактически является развитием и созданием теории, а разработка теории в свою очередь может быть названа построением модели.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИДЕНТИФИКАЦИИ – установление коэффициентов уравнений модели объекта по наблюдаемым данным, а также сравнение входного воздействия и выходной величины. К различным вариантам задачи идентификации, по существу, приводят статистические методы обработки информации.

КАЧЕСТВО ИДЕНТИФИКАЦИИ определяется средними потерями (невязкой). Наиболее распространенными функциями потерь являются квадратичные, соответствующие широко распространенному методу наименьших квадратов, известному из математической статистики.

НЕВЯЗКА – разность выходных величин объекта и модели.

КРИТЕРИЙ КАЧЕСТВА ИДЕНТИФИКАЦИИ в подавляющем большинстве работ выбирается квадратичным, в виде среднего значения квадрата невязки.

ПЕРЕХОДНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА является реакцией системы (объекта) на единичное входное воздействие.

ГЛАВНЫЙ ПАРАМЕТР ИЗДЕЛИЯ – параметр, наиболее полно выражающий или регламентирующий технические и эксплуатационные свойства изделия, остающиеся постоянным при технических усовершенствованиях изделия в период действия типажа.

ТИПОРАЗМЕРНЫЙ РЯД – ряд типоразмеров, упорядоченный по значениям одного из параметров изделия.

ПАРАМЕТР – показатель, независимая или взаимосвязанная с другими величина, характеризующая изделие в целом или его отдельные свойства.



2.3. ПРИНЦИПЫ ИДЕНТИФИКАЦИИ


2.3.1. Выбор уравнения, использующего экспериментальные данные и аппроксимирующего уравнение объекта;

2.3.2. Выбор критерия качества аппроксимации;

2.3.3. Выбор метода оптимизации критерия.


Структурная схема идентификации представлена ниже. Алгоритм вырабатывает коэффициенты модели.


Структурная схема идентификации


На схеме обозначено:

помехи;

выходной сигнал объекта;

выходной сигнал модели объекта;

невязка;

функция потерь;

функционал потерь;

вектор, содержащий параметры уравнения:

.


Для решения задач идентификации необходимо:

Очертить класс объекта;

Выбрать настраиваемую модель;

Выбрать критерий качества (выбор функции потерь зависит от невязки или рассогласования) и провести усреднение – получить функционал потерь;

Построить алгоритм минимизации потерь с учетом априорной информации при наличии помех.



2.4. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ОБЪЕКТА ИДЕНТИФИКАЦИИ


В соответствии с профессиональной ориентацией МГТУ «МАМИ» рассматривать принципы идентификации следует на примерах автомобилей, тракторов или других транспортных средств, которые сами по себе состоят из совокупности весьма сложных агрегатов: корпуса, двигателя, движителя, трансмиссии, электрооборудования и тому подобному. Поэтому целесообразно в качестве примера идентификации изделия в нашем случае выбрать какой-нибудь машинный агрегат, который сам по себе являлся бы с одной стороны достаточно сложным и с другой стороны был бы типичным и многофункциональным для машины в целом. Для транспортных машин в этом смысле наиболее подходящим является колесный движитель, оснащенный пневматической шиной.

Во-первых, современная пневматическая шина представляет собой дорогостоящее изделие (стоимость одного комплекта шин в некоторых случаях достигает 15-20 % от стоимости трактора).

Во-вторых, по своей конструкции современная пневматическая шина является многопараметной, многослойной, неравновесной оболочкой, которая представляет собой очень сложный объект для расчета её эксплуатационных показателей.

В-третьих, пневматическая шина, как составная часть колесного движителя, обеспечивает взаимодействие машины с опорной поверхностью, воспринимает и передает воздействие дороги, как внешней среды, на машину и является определяющей в формировании основных эксплуатационных показателей (параметров машины), к которым относятся: функциональное предназначение машины, её экономичность, тяга на крюке, проходимость, устойчивость и управляемость, скорость и плавность хода, а также идентификация машины в целом к определенному классу.

К числу гостированных, главных эксплуатационных параметров пневматических шин относится ее грузоподъемность. Допустимая нормальная нагрузка на шину (ее грузоподъемность) на практике оценивается величиной так называемого расчетного радиального прогиба шины . Требования по обеспечению заданного расчетного значения отражены в ГОСТе в виде «Норм нагрузок и давления воздуха в шинах для выбора режима работы шины при различных условиях эксплуатации». Таким образом расчетный радиальный прогиб шины является одной из основных ее эксплуатационных характеристик и подлежит обязательной идентификации в процессе приемочных и сертификационных испытаний пневматических шин.

Испытания по радиальной обжимке шин проводятся в лабораторных условиях на стенде типа СИБ-IM по «Единой методике комплексных испытаний шин», обеспечивающих точность получаемых результатов в пределах 1-2 %. Испытуемая шина нагружается ступенчато радиальной нагрузкой G с интервалом (0,5-2,0) кН до нагрузки, превышающей на 20% допускаемую по нормам ГОСТ или ТУ. Циклы нагрузки шины проводятся при различных внутренних давлениях воздуха с интервалом 20 кПа в пределах от 80 кПа до наибольшего допустимого для данной шины. Перед началом испытаний шина, установленная на стенде, нагружается максимальной нагрузкой G 5-7 раз. Радиальный прогиб шины замеряется после достижения задаваемой нагрузки с точностью ± 1 мм. При изменении давления воздуха в шине дается 5-10 минут выдержки, затем проверяется и, при необходимости, доводится давление в шине до задаваемого значения. По результатам испытаний устанавливается экспериментальная зависимость , которая представляется в табличной и графической формах. Размерность измеряемых величин принимается в соответствии с «Международной системой измерений» - СИ. Эти экспериментальные данные являются переходной функцией, при помощи которой осуществляется идентификация шины на её грузоподъемность.



2.5. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ


ДАНО: Радиальная нагрузочная характеристика шины


ТРЕБУЕТСЯ: Идентифицировать пневматическую шину заданного типоразмера по её грузоподъемности на соответствие требованиям ГОСТа, используя для этого две ММ, с целью оценки и сравнения их невязки с объектом и рекомендации одной из этих двух ММ для выполнения поставленной задачи, учитывая при этом, что качество идентификации определяется средними потерями.


формула НАТИ (1)

формула МВТУ (2)




2.6. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТОВ


Исходные данные, в соответствии с номером варианта (Приложение 1), приводятся в форме таблицы 2 в виде результатов испытаний объекта – радиальной обжимки шины. Размерность измеряемых величин принимается в соответствии с «Международной системой измерений» - СИ. В соответствии с требованиями приемочных и сертификационных испытаний пневматических шин экспериментальные результаты радиальной обжимки шины представляются в табличной и графической формах (Таблица 2 и рис. 1) в виде зависимости . Эти экспериментальные данные являются переходной функцией, при помощи которой решается задача идентификации.























































Таблица 2


№№

п.п.

Pw, кПа

G, кН

Pw1

Pw2

Pw3

...

...

1

G1






2

G2






3

G3






4

...






5

...






6

...






7

...






8

...






9

...






10

...






11

...






12

...






13

...






14

...






15

...








Радиальная нагрузочная характеристика шины типоразмера _________ в виде переходной характеристики hz [м]





























Рис. 1 Экспериментальная зависимость обжимки шины _________

в виде переходной характеристики















Р А З Д Е Л 3


ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ


В соответствии с требованиями приемочных и сертификационных испытаний пневматических шин экспериментальные результаты радиальной обжимки шины представляются в табличной и графической формах (Таблица 1 и рис. 1) в виде функциональной зависимости , где – нормальный прогиб шины, – нормальная нагрузка на ось колеса,