1.2 Проблемы выбора модели объекта идентификации

Объекты идентификации разнообразны. Они могут быть статичными и динамичными, с запаздыванием и без запаздывания, с несколькими входами и несколькими выходами, линейными и нелинейными.

Приступая к изучению объекта, необходимо, прежде всего, определить класс модели, которой он может быть представлен. Существует три класса моделей:

1. Модель типа «черный ящик». Принцип такой модели заключается в следующем: если на вход объекта подавать сколь угодно много входных сигналов и наблюдать сколь угодно долго реакции на эти сигналы, то можно сколь угодно точно изучить поведение объекта и описать его.

Если некоторая часть объекта может быть описана математически, то модель называется «серым ящиком», т.е., частично определенной.

2. Изоморфные модели. Существуют объекты, в которых на одинаковые входные воздействия вырабатывается одинаковая реакция. Это позволяет по известным свойствам одного объекта изучать свойства другого. Примерами аналогий могут служить термометры различного принципа действия, маятник и электрический контур.

3. Гомоморфные модели. Существуют объекты с некоторыми одинаковыми чертами. Использование одинаковых черт позволяет строить одинаковые модели. Например, в системах управления различным производственным оборудованием применяются однотипные регуляторы (П, ПИ, ПИД).

В технике следует различать несколько целей использования моделей:

1. исследование, направленное на осмысливание и последующее уточнение поведения модели;

2. проектирование системы, удовлетворяющей заданному критерию точности, быстродействию, устойчивости, надежности, экономической эффективности и т.д.;

3. управление системой в различных ситуациях – в установившемся режиме при внешних динамических возмущениях, в переходных режимах, т.е. при динамических управляющих воздействиях, а также, в критических аварийных ситуациях.

Термин «объект» может обозначать техническую, экономическую или информационную систему, т.е. использоваться в широком смысле.

При этом управляющее воздействие используется в двух целях:

– для повышения качества управления и приведения объекта в требуемое состояние;

– для изучения характеристик объекта и способов управления объектом, т.е. с целью обучения.

Сочетание изучения с управлением Фельдбаум назвал дуальным управлением. Проблема дуального управления заключается в несовпадении во времени двух процессов – управления и изучения. Если после изучения будет выдано запоздалое управляющее воздействие, то процесс может ухудшиться. Но и преждевременная (поспешная) реакция без достаточного изучения объекта может привести к аналогичному результату. Таким образом, при формировании управляющего воздействия, возможны и «риск действия» и «риск изучения».

Перед построением модели необходимо решить ряд вопросов:

1. Каким должен быть тип модели?, (в зависимости от желаемой точности и имеющегося математического описания модель может быть линейной, нелинейной, статической и динамической).

2. Должна ли модель работать в реальном масштабе времени, т.е. в контуре управления или достаточно ее использовать изредка по мере необходимости?

3. Должны ли учитываться экономические соображения и как выбрать критерий для оценки качества модели?

4. Какая информация должна быть использована в модели?

5. Как получить недостающую информацию?

6. Можно ли аппроксимировать сложную систему простой моделью?

7. Какова основная цель идентификации: оценить состояние объекта или решить задачу оптимизации?