13.3 Жиілік сипаттамакөмегімен идентификациялау Реттеу жүйелерді анализдеу және синтездеу үшін жиілік сипаттамалар кең қолданылады. Бірақ оларды объект теңдеулерін анықтауға да пайдалануға болады. Жиілік әдіс амплитуда-фазалық сипаттамаларды қолданады. Жиілік сипаттама көмегімен идентификациялау синустық немесе жиіліктері қарастырылып отырған интервалда өзгеретін синустық сигналдарды жуықтайтын сигналдарды қолдануда негізделген.
Бұл әдістердің көп артықшылықтары бар: гармоникалық кіріс сигналдары өлшеулердің әртүрлі нүктелерінде ортогоналды болып табылады, сондықтан жиілік сипаттамалардың әр нүктесі басқалардан тәуелсіз анықталады; осы жағдайға байланысты әдістің үлкен дәлдігі бар; өңдеудің қарапайымдылығы; өлшеулерді бекітілген жүйеде орындауға болады; бөгеттер әсерлерінің төмен деңгейлері.
Кемшіліктері: күрделілігі және төменгі жиілікте өлшеу жүргізу үшін құрылғылардың көп мөлшерде болуы; өлшеу уақытының үлкен болуы; сигналдарды түрлендірудің қажеттілігі; өлшеу шарттары және зерттелетін объекттің параметрлері бақылау кезінде өзгеріп кетуі.
Фурье түрлендіруін қолданғанда кірістегі және шығыстағы сигналдар келесідей байланысады:
Y(jω) = W(jω)·X(jω), мұндағы W(jω) – ω жиілігіндегі жүйенің беріліс функциясы. Бұл комплексті шама
W(jω) = α(ω) + j·β(ω); │W(jω)│= ; φ(ω) = arg[W(jω)]= Егер де объект кірісіне синустық A0sin(ωt) әсер берілсе, онда тұрақтанған шығудағы сигналдың өлшенген мәні келесідей болады
y(t) = A1sin[ωt + φ(ω)] + n(t), мұнда n(t) - өлшеу қателігі, =│W(jω)│, φ = Arg[W(jω)]. W(jω) жиілік сипаттаманы анықтау үшін әртүрлі ω жиіліктерде A0sin(ωt) синусоидалды кіріс сигналдар беріліп, оларға сәйкес шығудағы A1sin[ωt + φ.сигналдар жазылады. Қажетті жиілік сипаттаманы алу үшін A1/A0және φ шамалары қарастырып отырған ω әр мәні үшін анықталады. Басқа сөзбен айтқанда кірудегі және шығудағы сигналдардың жазулары бойынша ωi жиіліктегі амплитудалардың қатынастары қарастырылып, |W(jωi)| анықталады. Фазалық φ(ωi)ығысуды x(t) және y(t) қисықтардың максимумдарын салыстырып табады. Алынған жиілік сипаттамалар объекттің теңдеуін анықтауға мүмкіндік береді.
Объектті идентификациялау процедурасын мысалда қарастырайық. Тәжірибеден алынған жиілік сипаттамалар негізінде жүйенің беріліс функциясын анықтаймыз. Тәжірибелерді өткізіп, кірудегі және шығудағы сигналдарды өлшеп, содан кейін жоғарыда айтылғандай объекттің амплитудалық А(ω) және фазалық φ(ω) сипаттамаларын анықтап, жиіліктің қарастырып отырған әр мәні үшін келесіні жаза аламыз
P(ωi) = A(ωi)·cosφ(ωi), Q(ωi) = A(ωi)·sinφ(ωi) Модельдің құрылымдық параметрлері (бұл арада теңдеу реті) құрылымдық идентификациялау қадамында анықталатынын еске салайық. Теңдеудің белгілі ретін (болжанатын) алайық. Анық болуы үшін объект үшінші ретті деп есептейік. Онда
(13.6)
Беріліс функцияның коэффициенттерін анықтау керек. Алмастырып, беріліс функцияны оның нақты және жорамал бөліктерінің қосындысы ретінде жазамыз
Осыдан
Комплексті өрнектердің нақты және жорамал бөліктерінің коэффициенттерін теңестіріп, келесіні аламыз
Бұл теңдеулер ω-ның барлық мәндері үшін орындалады.
Осы теңдеулерге жиіліктердің әртүрлі ωi және оларға сәйкес P(ωi), Q(ωi) мәндерін қойып, беріліс функциясының белгісіз коэффициенттерін анықтауға алгебралық теңдеулер жүйесін аламыз. Тәжірибелік өлшеулерде, сонымен бірге осы өлшеулер негізінде есептелінген P(ωi), Q(ωi) функцияларында қателіктер бар болады, сондықтан есептелген коэффициенттері нақты коэффициенттері-мен сәйкес келмейді. Коэффициенттер мәндерін нақтылау үшін есептеулер басқа жиіліктермен қайталанады және екі есептеулердің орта мәні алынады.
Егер де объект реті болжанатын реттен жоғары болса, қате есептеулердегі коэффициенттер мәні бірінші мәндерден көп өзгеше болады. Басқа сөзбен айтқанда, коэффициенттерде өте үлкен айырмашылық болса, объект реті төмен алынған (бұл айырмашылық тәжірибе қателігі емес).
Полигармоникалық кірістегі сигналдарды қолданғанда бөгеттерге тұрақтылық көбейеді. Кірістегі сигналдардың жиілік спектрі белгілі болғандықтан, кірудегі және шығудағы сигналдардың өлшеу нәтижелері негізінде барлық қажетті гармоникалар үшін Фурье коэффициенттерін табуға болады.
