Sammanfattning av föreläsning 4. Modellbygge & Simulering, TSRT62. Föreläsning 5. Identifiering av olinjära modeller

Relevanta dokument
TSRT62 Modellbygge & Simulering

Parameterskattning i linjära dynamiska modeller. Kap 12

Sammanfattning av föreläsning 11. Modellbygge & Simulering, TSRT62. Föreläsning 12. Simulering. Föreläsning 12. Numeriska metoder och Simulering

Sammanfattning av föreläsning 5. Modellbygge & Simulering, TSRT62. Föreläsning 6. Modellkvalitet och validering. Bias och varians

Formalia. Modellbygge & Simulering, TSRT62. Föreläsning 1. Varför modeller? Föreläsning 1: Modeller och modellbygge

Reglerteori. Föreläsning 4. Torkel Glad

Reglerteori. Föreläsning 8. Torkel Glad

Reglerteori, TSRT09. Föreläsning 8: Olinjäriteter och stabilitet. Torkel Glad. Reglerteknik, ISY, Linköpings Universitet

Exempel: DC-servo med styrsignalmättning DEL III: OLINJÄR REGLERTEORI. DC-servo forts.: Rampsvar och sinussvar

Lösningsförslag TSRT09 Reglerteori

Dina anteckningar: Semifysikalisk modellering i kursen Modellering

TENTAMEN Systemidentifiering, 4p, F, FRI, STS

Kap 10 - Modeller med störningar. Hur beskriva slumpmässiga störningar?

Reglerteori, TSRT09. Föreläsning 10: Fasplan. Torkel Glad. Reglerteknik, ISY, Linköpings Universitet. Torkel Glad Reglerteori 2015, Föreläsning 10

Reglerteknik AK Tentamen

TSRT09 Reglerteori. Sammanfattning av föreläsning 9. Cirkelkriteriet. Sammanfattning av föreläsning 9, forts. Amplitudstabilitet hos svängningar

Datorövningar i systemidentifiering Del 3

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

Teststorheten är ett modellvalideringsmått Betrakta. Översikt. Modellvalideringsmått, forts. Titta lite noggrannare på testet.

TSRT09 Reglerteori. Sammanfattning av föreläsning 10. Fasplan. Olika typer av jämviktspunkter. Samband linjärt olinjärt: nära jämviktspunkt

Modellbygge och simulering

Reglerteori. Föreläsning 3. Torkel Glad

Lösningsförslag till tentamen i Reglerteknik fk M (TSRT06)

TSRT91 Reglerteknik: Föreläsning 11

TENTAMEN I TSRT09 REGLERTEORI

Reglerteknik AK. Tentamen 24 oktober 2016 kl 8-13

Ämnen för dagen. TSFS06 Diagnos och övervakning Föreläsning 5 - Konstruktion av teststorheter. Beteendemoder och felmodeller.

Föreläsning 7. Reglerteknik AK. c Bo Wahlberg. 26 september Avdelningen för Reglerteknik Skolan för elektro- och systemteknik

TENTAMEN I TSRT09 REGLERTEORI

Stabilitetsanalys och reglering av olinjära system

G(s) = 5s + 1 s(10s + 1)

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

Sammanfattning av föreläsning 10. Modellbygge & Simulering, TSRT62. Föreläsning 11. DAE-modeller. Modelltyper. Föreläsning 11 : DAEmodeller

TENTAMEN I REGLERTEKNIK Y TSRT12 för Y3 och D3. Lycka till!

TSRT91 Reglerteknik: Föreläsning 10

Dagens föreläsning. TSFS06 Diagnos och övervakning Föreläsning 6 - Tröskling och analys av teststorheter. Tröskelsättning och beslut i osäker miljö

Föreläsning 7: Kvadratisk optimering. 4. Kvadratisk optimering under linjära bivillkor

Reglerteori. Föreläsning 11. Torkel Glad

Reglerteknik AK, FRTF05

Beskrivning av signaler i frekvensdomänen - sammanfattning

Figure 1: Blockdiagram. V (s) + G C (s)y ref (s) 1 + G O (s)

TENTAMEN I TSRT09 REGLERTEORI

TSRT91 Reglerteknik: Föreläsning 9

TSRT09 Reglerteori. Sammanfattning av föreläsning 8. Inversa cirkelkriteriet. Föreläsning 9. Föreläsning 9: Cirkelkriteriet och beskrivande funktion

Reglerteknik AK. Tentamen 9 maj 2015 kl 08 13

TENTAMEN I REGLERTEKNIK TSRT03, TSRT19

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

TENTAMEN Modellering av dynamiska system 5hp

1. En kortlek består av 52 kort, med fyra färger och 13 valörer i varje färg.

Kan vi beskriva ett system utan någon fysikalisk kännedom om systemet?

TENTAMEN I MODELLBYGGE OCH SIMULERING (TSRT62)

Föreläsning 7: Punktskattningar

Industriell reglerteknik: Föreläsning 6

Figur 2: Bodediagrammets amplitudkurva i uppgift 1d

Lösningsförslag till tentamen i Reglerteknik (TSRT19)

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

TSRT21 Dynamiska system och reglering Välkomna till Föreläsning 1!

1RT490 Reglerteknik I 5hp Tentamen: Del B

TSRT09 Reglerteori. Reglerteknik. Vilka är systemen som man styr? Vilka är systemen som man styr? Föreläsning 1: Inledning, reglerproblemet

ÖVNINGSTENTAMEN Modellering av dynamiska system 5hp

Datorövningar i systemidentifiering Del 2

Matematisk statistik för D, I, Π och Fysiker

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Bo Styf. Sammanfattning av föreläsningarna 15-18, 30/11-12/

FORMELSAMLING MATEMATISK STATISTIK FÖR W; FMSF75 UPPDATERAD Sannolikhetsteori. Beskrivning av data. Läges-, spridnings- och beroendemått

TENTAMEN I REGLERTEKNIK Y/D

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

AUTOMATIC CONTROL REGLERTEKNIK LINKÖPINGS UNIVERSITET. M. Enqvist TTIT62: Föreläsning 2. Här är

REGLERTEKNIK, KTH. REGLERTEKNIK AK EL1000, EL1110 och EL1120

1RT490 Reglerteknik I 5hp Tentamen: Del B

Föreläsning 12: Linjär regression

Lösningsförslag TSRT09 Reglerteori

TSRT91 Reglerteknik: Föreläsning 12

TENTAMEN I REGLERTEKNIK

TENTAMEN I TSRT09 REGLERTEORI

Reglerteori. Föreläsning 5. Torkel Glad

TSIU61: Reglerteknik. Matematiska modeller Laplacetransformen. Gustaf Hendeby.

TENTAMEN: DEL B Reglerteknik I 5hp

Signal- och Bildbehandling FÖRELÄSNING 4. Multiplikationsteoremet. Derivatateoremet

Stokastiska Processer och ARIMA. Patrik Zetterberg. 19 december 2012

Lösningsförslag TSRT09 Reglerteori

Föreläsning 7: Punktskattningar

TSRT21 Dynamiska system och reglering Välkomna till Föreläsning 10

Reglerteknik AK. Tentamen kl

TENTAMEN I TSRT09 REGLERTEORI

Välkomna till TSRT19 Reglerteknik M Föreläsning 9

Matematisk statistik för B, K, N, BME och Kemister

A

Matematisk statistik KTH. Formelsamling i matematisk statistik

Olinjära system (11, 12.1)

TENTAMEN I DYNAMISKA SYSTEM OCH REGLERING

Formalia. Reglerteknik, TSRT12. Föreläsning 1. Första föreläsningen. Vad är reglerteknik?

REGLERTEKNIK KTH. REGLERTEKNIK AK EL1000/EL1110/EL1120 Tentamen , kl

1RT490 Reglerteknik I 5hp Tentamen: Del B

TSIU61: Reglerteknik. Frekvensbeskrivning Bodediagram. Gustaf Hendeby.

Transkript:

Sammanfattning av föreläsning 4 Modellbygge & Simulering, TSRT62 Föreläsning 5. Identifiering av olinjära modeller Reglerteknik, ISY, Linköpings Universitet Linjära parametriserade modeller: ARX, ARMAX, OE, Box-Jenkins Generering av prediktionen ŷ(t θ) Minimering av kvadratsumman på prediktionsfelen ger θ Slumpmässiga och systematiska fel Formel för bias-felet. Två viktiga formler från förel. 4 Föreläsning. Fysikaliska och olinjära modeller Prediktion: ŷ(t θ) = ( ) H (q, θ) y(t) + H (q, θ)g(q, θ)u(t) Bias-fel: När N : (N=antal datapunkter) θ = argmin θ π π G (e iω ) G(e iω, θ) 2 Φ u (ω) H (e iω ) 2 dω Hur bra blir skattningarna? Variansfel Identifierbarhet? Olinjära fysikaliska modeller Olinjära svartlådemodeller Bra modell där det finns tillräckligt mycket insignalenergi.

Hur bra blir skattningen? Variansfelet Varians hos överföringsfunktion Två slags fel: Slumpmässiga, minskar när antalet datapunkter (N) växer. Varians Fel i modellstrukturen, finns kvar även när N. Bias Inverkan av slumpmässiga fel när modellstrukturen är rätt: där λ är brusvariansen och E( ˆθ N θ )( ˆθ N θ ) T λ N R n = modellens ordningstal N = antalet data Φ u = insignalspektrum Φ w = brusspektrum VarG(e iω, ˆθ N ) n N Φ w (ω) Φ u (ω) R = Eψ(t, θ )ψ(t, θ ) T, ψ(t, θ) = d dθ ŷ(t θ) Identifierbarhet Identifiering av y(t) + ay(t ) = bu(t ) + e(t) återkoppling: u(t) = k(r(t) y(t)). Identifierad modell: (sann heldragen, ARX prickad, spektralanalys streckad) AMPLITUD Olika värden på θ bör ge olika prediktioner. Att detta inte är uppfyllt kan beror på parametriseringen i sig insignalvalet återkoppling - -2 - frekvens (rad/sek) FAS -5 - -5-2 -2 - frekvens (rad/sek)

Olinjära skräddarsydda modeller Skattning av tankdynamik Modell: ẋ = f (x, u; θ) y = h(x, u, θ) + e Kriteriefunktion V 6 4 Brusmodell: additivt vitt brus. Prediktion: ẋ = f (x, u; θ) ŷ = h(x, u, θ) 2 8 6 ḣ(t) = θ 2g h(t) + u(t) ŷ(t θ) = θ 2g h(t) (Jämför OE-modell) θ beräknas genom minimering av V N (θ) = N N 2 (y(t i) ŷ(t i θ)) 2 i= 4 2..2.3.4.5.6.7.8.9 Exempel: Elmotor med mättning och friktion En enkel elmotor bör kunna beskrivas linjärt: ŷ(t θ) = ay(t ) + b(u(t ) I verkligheten fungerar dock ofta en olinjär modell bättre: ŷ(t θ) = g(y(t ), (u(t ), θ) y.2.5..5.5..5.2.25.3 y. (sim) 5 5 2 25 3 Measured lin; fit: 64.27% olin; fit: 9.8% Olinjära svartlådemodeller Finns det en helt allmän beskrivning av ett olinjärt system? Diskret tid, samplingsintervall = olinjär ARX (NARX): ŷ(t θ) = g(y(t ),..., y(t n), u(t ),..., u(t m), θ) Klumpa samman gamla u och y i regressionsvektor ϕ(t) = (y(t ),..., y(t n), u(t ),..., u(t m)) ŷ(t θ) = g(ϕ(t), θ) Försök hitta bra modellklasser för g. Lokala modeller Lokala linjära modeller Olinjära regressionsmodeller

Exempel: Elmotor med mättning och friktion Lokala modeller.5 Linjär modell.5 Olinjär modell ŷ(t) = N normeringsfaktor Exempel på κ-funktioner: N N κ(β k φ(t) φ k )y k yhat(t) yhat(t).5.5.5 2 y(t ) 2 5 u(t ) 5.5 2 y(t ) 2 5 u(t ) 5.5 2.5.5.5.5 2.5 2.5.5.5.5 2 Lokala linjära modeller En ganska allmän olinjär modell Det finns en mätbar variabel ρ som anger arbetspunkt För ett antal arbetspunkter ρ,..,ρ d gör man linjära modeller, t.ex. ARX-modeller ŷ(t θ) = g(φ(t), θ) = d α k κ(β k (φ γ k )) Ett vanligt val av κ är mättande element av s k sigmoidtyp: ŷ(t θ) = ϕ T (t)θ (k) där θ (k) är de parametrar som hör till ρ k Den totala modellen är en sammanviktning av de lokala: ŷ(t θ) = d w k (ρ, ρ k )ϕ T (t)θ (k) Ett exempel på en funktion med detta principiella utseende är Byggsten i s k neuronnät. σ(x) = + e x

En (artificiell) neuron Neuronnät x w x 2 w 2.. x N w N Insignal-utsignalsamband: där Σ σ( ) b y y = σ ( w i x i + b ) = σ(wx + b) w = (w,..., w N ) Inspirationskälla: mänskliga hjärnans uppbyggnad Genom att koppla utgångarna från vissa neuroner till ingångarna på andra, kan neuronnät av godtycklig komplexitet byggas upp. Matematiskt är det fråga om en funktion från R n till R m där n är antalet insignaler och m antalet utsignaler. För polynom vet man att varje kontinuerlig funktion kan approximeras godtyckligt väl. Motsvarande resultat gäller för neuronnät. En vanlig konfiguration är l neuroner i parallell följda av en neuron med linjär σ-funktion: y = c + l j= Framkopplingsnät med ett dolt lager c j σ(w (j) x + b j ) NARX, NOE Hammerstein och Wiener-modeller Finns naturliga neuronnätsvarianter av ARX- och OE-modeller: NARX, NOE Parametrarna är vikterna i neuronerna. I princip samma metod att minimera V N som i konventionell identifiering. Gradienten av V N kan beräknas genom att man följer signalvägarna i neuronnätet: s.k. back propagation Neuronnätsterminologi: Identifiering = inlärning Två vanliga olinjära modellstrukturer fås genom att kombinera ett linjärt dynamiskt system G(q) och en statisk olinjäritet f ( ): Hammerstein-modell: y(t) = G(q)z(t), (olinjäritet på insignalen) Ex: olinjär aktuator (ventil, roder,... ) Wiener-modell: y(t) = f (z(t)), z(t) = f (u(t)) z(t) = G(q)u(t) (olinjäritet på utsignalen) Ex: olinjär mätgivare (lambda-sond, ph-mätningar,... ) Dessa kan också kombineras (olinjäritet på både in- och utsignal)

Exempel: Elmotor med mättning.3.2. y. (sim) Measured lin; fit: 55% olin; fit: 94.6% y..2.3.4.5 5 5 2 25 3