Podręcznik
Wstęp do logiki rozmytej
3. Modelowanie rozmyte
3.2. Model analityczny
Podejście klasyczne polega na wyznaczeniu modelu matematycznego obiektu i doborze układu regulacji z uwzględnieniem zdefiniowanych kryteriów jakości.
Oznaczenia:
- powierzchnia zbiornika,
- wysokość słupa cieczy,
- strumień objętościowy cieczy dopływającej,
- strumień objętościowy cieczy wypływającej,
- stopień otwarcia zaworu dławiącego wypływ,
- powierzchnia przepływowa zaworu.
Załóżmy, że wielkością wejściową jest stopień otwarcia
zaworu dławiącego wypływ ze zbiornika, zaś wielkością wyjściową jest wysokość słupa cieczy
. W podejściu klasycznym, przy zastosowaniu opisu liniowego, poszukiwana jest transmitancja operatorowej obiektu
w postaci:
![]() |
(87) |
|---|
gdzie:
- transformata Laplace'a sygnału wyjściowego
- transformata Laplace'a sygnału wejściowego
Załóżmy dalej, dla uproszczenia, że
.
Zmiana wysokości słupa cieczy
wynika z różnicy strumieni objętościowych: cieczy wpływającej
i wypływającej
:
![]() |
(88) |
|---|
Strumień objętościowy
można wyrazić w postaci:
![]() |
(89) |
|---|
gdzie:
- współczynnik przepływu
- przyśpieszenie ziemskie
Po linearyzacji, nieliniowej względem
, zależności (89) w otoczeniu punktu
,
otrzymujemy:
![]() |
(90) |
|---|
a zatem:
![]() |
(91) |
|---|
podstawiając:
![]() |
(92) |
|---|
otrzymujemy zlinearyzowaną postać na
:
![]() |
(93) |
|---|
Przedstawiając równanie (88) w formie równania różnicowego otrzymujemy:
![]() |
(94) |
|---|
a ponieważ
oraz po uwzględnieniu (93) otrzymujemy:
![]() |
(95) |
|---|
![]() |
(96) |
|---|
Oznaczając:
oraz
otrzymujemy ostatecznie:
![]() |
(97) |
|---|
Jak łatwo zauważyć transmitancja operatorowa (97) ma postać właściwą elementowi inercyjnemu rzędu pierwszego. Znak minus poprzedzający transmitancję należy interpretować w ten sposób, że wzrost stopnia otwarcia zaworu
na wypływie powoduje spadek, a nie wzrost wielkości wyjściowej jaką jest wysokość słupa cieczy
.
Transmitancja (97) jest bardzo wygodna do prowadzenia analizy właściwości dynamicznych obiektu, doboru układu regulacji, badania stabilności, itp. Wartości współczynników
i
są jednak zależne od wyboru punktu pracy. Wartości te mogą być traktowane jako wartości stałe tylko w niewielkim otoczeniu punktu pracy
.
W praktyce uzyskanie modeli analitycznych obiektów sterowania nie jest proste. Wynika to głównie ze złożoności procesów zachodzących w rzeczywistych obiektach, niemożliwości zastosowania opisu liniowego, braku dostatecznej wiedzy co do wartości parametrów opisujących proces, konieczności przeprowadzenia kosztownej identyfikacji parametrów modelu, itp. W takich sytuacjach należy rozważyć opis jakościowy procesu możliwy do uzyskania na podstawie wiedzy heurystycznej, wiedzy uzyskanej z eksperymentu myślowego lub wiedzy eksperckiej.
Zadanie pn. „SEZAM: System Edukacyjnych Zasobów Akademickich i Multimedialnych” realizowane w ramach projektu „NERW PW. Nauka – Edukacja – Rozwój – Współpraca” współfinansowanego ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego












