Fuzzy identification of dynamic systems used for modeling of hearth assisting device POLVAD

W pracy został przedstawiony sposób modelowania dynamicznych właściwości procesu z wykorzystaniem parametrycznych modeli rozmytych. Podejście to zostało zaprezentowane na przykładzie badania dynamiki sztucznej protezy serca POLVAD, przeprowadzonego na podstawie licznych eksperymentów testowych. We wstępie opisano badany proces i podkreślono pewne właściwości o charakterze nieciągłego działania, których występowanie ogólnie ogranicza zastosowanie opisu transmitancyjnego. Wyprowadzono podstawowe zależności do prowadzenia obliczeń parametrycznych modeli dynamicznych drogą oszacowań statystycznych dla modeli liniowych parametrycznych oraz modeli rozmytych. Przedstawiono wyniki badań optymalnego modelu liniowego i modelu rozmytego oraz przeprowadzono obszerną dyskusję uzyskanych modeli. Uzyskany opis dynamiki badanego procesu odtwarza wszystkie istotne zachowania badanego procesu w sposób całkowicie wystarczający do prowadzenia badań analizujących różne algorytmy sterowania lub regulacji, jak również umożliwia wprowadzenie np. optymalizacji pracy zaworów sterujących.The aim of paper was to describe an effective approach to modelling of dynamics an artificial heath chamber - ventricular assisting device (POLVAD). The precise model of this component is very important in proper design of supply and control system, that have to be safe and have long autonomic operation time. In the introduction a short presentation of parametric and fuzzy models was made, together with some aspects of good conditioning of numerical calculations. Next results of fuzzy identification of POLVAD were presented and discussed. Obtained model is very precise and can be used in fast prototyping mode at design of proper control

Approximation of a linear dynamic process model using the frequency approach and a non-quadratic measure of the model error

The paper presents a novel approach to approximation of a linear transfer function model, based on dynamic properties represented by a frequency response, e.g., determined as a result of discrete-time identification. The approximation is derived for minimization of a non-quadratic performance index. This index can be determined as an exponent or absolute norm of an error. Two algorithms for determination of the approximation coefficients are considered, a batch processing one and a recursive scheme, based on the well-known on-line identification algorithm. The proposed approach is not sensitive to local outliers present in the original frequency response. Application of the approach and its features are presented on examples of two simple dynamic systems

Inversion of Square Matrices in Processors With Limited Calculation Abillities

An iterative inversion algorithm for a class of square matrices is derived and tested. The inverted matrix can be defined over both real and complex fields. This algorithm is based only on the operations of addition and multiplication. The numerics of the algorithm can cope with a short number representation and therefore can be very useful in the case of processors with limited possibilities, like different neuro-computers and accelerator cards. The quality of inversion can be traced and tested. The algorithm can be used in the case of singular matrices, and then it automatically produces a result that contains the inverse of this part of the processed matrix which can be inverted. An example of the inversion of a six-order square matrix is presented and discussed

Least-squares estimation for a long-horizon performance index

Estimation of a parametric, discrete-time model for a SISO dynamic plant, derived for minimisation of a performance index determined as a sum of squared prediction errors within some time horizon is considered. A formula for a Long-Horizon Least-Squares (LHLS) off-line solution as well as a theorem for an LHLS recursive on-line scheme are derived. The LHLS scheme reveals some features of Least-Squares (LS) estimation and Instrumental-Variable (IV) estimation. An algorithm for the on-line LHLS scheme is presented and compared with LS and IV estimation schemes for a linear, second-order system. The fast convergence of the derived LHLS on-line scheme is demonstrated in the case of detecting changes in parameters of a non-stationary system

Dynamiczna modyfikacja wartości zadanej w celu redukcji negatywnego wpływu ograniczeń elementu wykonawczego w jedno-obwodowych układach regulacji PID

A modification of the PID digital controller algorithm, based on the introduction of a virtual reference value that never exceed active constraints in the actuator output is presented and investigated. This idea derived from virtual modification of a control error can be used in digital control systems subjected by both: magnitude and rate constraints. The adaptation (to the actuator constraints) is performed by a special transformation of the control error, and is equivalent to introduction of a new, virtual reference value for the control system. Simulation results for dynamic, linear SISO systems are presented for comparison of the proposed approach with used techniques.W pracy zostala przedstawiona modyfikacja działania cyfrowego algorytmu PID, oparta na wprowadzeniu dynamicznie zmiennej wartości zadanej, która nie prowadzi do przekroczenia ograniczeń możliwości elementu wykonawczego. Metoda jest oparta na dynamicznej modyfikacji odchyłki regulacji i może być stosowana w układach regulacji o ograniczeniach amplitudy i prędkości zmian zespołu wykonawczego. Adaptacja układu (do ograniczeń aktuatora) jest równoważna dynamicznej modyfikacji wartości zadanej. Wyniki badań symulacyjnych, porównujące efekty działania metody z innymi modyfikacjami stosowanymi dla algorytmu PID są zaprezentowane dla dwóch liniowych układów dynamicznych

Control error dynamic modification as an efficient tool for reduction of effects introduced by actuator constraints

A modification of digital controller algorithms, based on the introduction of a virtual reference value, which never exceeds active constraints in the actuator output is presented and investigated for some algorithms used in single-loop control systems. This idea, derived from virtual modification of a control error, can be used in digital control systems subjected to both magnitude and rate constraints. The modification is introduced in the form of on-line adaptation to the control task. Hence the design of optimal (in a specified sense) digital controller parameters can be separated from actuator constraints. The adaptation of the control algorithm (to actuator constraints) is performed by the transformation of the control error and is equivalent to the introduction of a new, virtual reference value for the control system. An application of this approach is presented through examples of three digital control algorithms: the PID algorithm, the dead-beat controller and the state space controller. In all cases, clear advantages of transients are observed, which yields some general conclusions to the problem of processing actuator constraints in control

PExSim - nowe podejście do badania dynamiki złożonych procesów i urządzeń przemysłowych

An approach to dynamic systems investigation based on a simulation kernel with a different auxiliary function is described. A proposed methodology is focused on processes, working in a more or less complex technology environment and integrates different approaches for the simulation of components of the investigated systems. It is realised in the form of an elastic programmable software package. A basic assumption of this proposition was a possibility of connecting this software with a real environment using standard electronic interfaces for the software emulation of parts of the technologic system. The package structure is very flexible thanks to plugin technology. Plugins are objects can represent the following: parts of control at the direct and supervising level, actuators and controllers, data processing elements (transducers, measurement units or sensors), dynamic systems described by differential systems of known components or identified, statistic models of a dynamic part system or table represented relations. All these forms are integrated in one platform and will work in real time; hence, it will be possible to use them as complex models of technologic installation. Responses of this type of system can be used for the simulation of technologic system behaviour in different or even extreme states, the testing of alarm and safety software, the verification of intended control modifications, system prediction of future states of the system, the training of control staff, etc.Niniejszy artykuł opisuje metodę badania dynamiki systemów w oparciu o łączoną symulację modeli tworzonych różnymi technikami. Zaproponowana metodologia jest przeznaczona głównie dla procesów przemysłowych. Artykuł opisuje elastyczne środowisko symulacji stworzone przez autorów w trakcie prac. Jednym z podstawowych założeń podczas tworzenia oprogramowania było umożliwienie prowadzenia symulacji w czasie rzeczywistym przy połączeniu z urządzeniem (układem sterowania za pomocą kart wejść) wyjść. Struktura pakietu umożliwia jego łatwe rozszerzanie dzięki mechanizmowi wtyczek. Wtyczki implementują bloki odpowiadające elementom układu sterowania, dokonujące przetwarzania sygnałów, opisujące elementy wykonawcze czy też części instalacji technologicznej na bazie równań fizykochemicznych lub identyfikowanego, nieliniowego modelu rozmytego. Oprogramowanie można stosować do symulacji instalacji technologicznych w celach testów działania systemów alarmowych i bezpieczeństwa, weryfikacji układów sterowania, przewidywania przyszłych stanów systemu czy też szkolenia załogi

Zastosowanie pakietu PExSim do modelowania oraz symulacji ruchu manipulatorów

The paper presents the Robotic Elements plugin for the PExSim which provides many functions that are required in robotics, and addresses areas such as kinematics, dynamics, and trajectory generation. The plugin is useful for research, modelling and simulation of robot manipulators. It can also be a powerful tool for education. A short presentation of blocks that are the part of the plugin, is included. Also a simple example of application is presented.W niniejszym opracowaniu przedstawiony jest plugin Robotic Elements dla pakietu PExSim, który dostarcza wiele funkcji niezbędnych w dziedzinie robotyki oraz nauk z nią związanych takich jak kinematyka, dynamika oraz planowanie trajektorii. Przygotowany zestaw bloków stanowi użyteczne narzędzie do badań, modelowania oraz symulowania manipulatorów. Może zostać także wykorzystany do celów edukacyjnych z dziedziny robotyki. W referacie zawarty jest opis poszczególnych bloków, które wchodzą w skład plugin-u. Ponadto przedstawiono przykład praktycznego zastosowania

Identification of Low-Order Continuous-Time Models Via Discrete-Time Trends of Measurements

The paper deals with the problem of continuous-time (CT) identification of parameters in transfer functions for low-order linear systems, based on recorded discrete-time (DT) data. Algorithms for direct estimation of CT parameters are developed from rules for transformation of a CT transferfunction controlled via a zero-order sampling-and-hold unit into a DT representation.Two schemes are derived and tested: the first is based on the Goodwin transformation and the other is derived from the modified Tustin transformation. Both the approaches result in relations which can be used for direct estimationof CT parameters in a model of the investigated system. The numerical schemes contain some expressions that are reminiscent of DT differences and consequently they may magnify disturbances. Therefore the results of extensively testing both the schemes including different types of disturbances, measurement noise, slow varying drifts, measurement resolution errors together with changes in the sampling time are presented. A model of a pneumatic servomechanism system was used as a test plant

Control in pneumatic positioning systems with minimal compressed air consumption

W pracy zwrócono uwagę na konieczność redukcji emisji gazów cieplarnianych oraz zasygnalizowano, w jaki sposób proces ten wpływa na branżę pneumatycznej techniki napędowej. Zaprezentowano oraz omówiono fundamentalne usprawnienia typowego pneumatycznego napędu pozycjonującego, które pozwalają na zmniejszenie zarówno aktywnego, jak i pasywnego zużycia sprężonego powietrza przez napęd pneumatyczny. Postulowane usprawnienia, np. zastosowanie szybkich zaworów przełączających, uproszczonych przetworników położenia oraz minimalizacja liczby przełączeń zaworów podczas procesu pozycjonowania, skutkowały opracowaniem nie tylko specyficznej struktury samego napędu, ale także unikalnej strategii sterowania. Jej założenia oraz sposoby parametryzacji zostały ogólnie zasygnalizowane i skomentowane. W celu wykazania wyższej efektywności energetycznej proponowanego pneumatycznego napędu pozycjonującego przedstawiono dane pochodzące z eksperymentu porównawczego. Rozważany napęd został porównany z najpopularniejszą realizacją pneumatycznego napędu pozycjonującego, wykorzystującego regulator zmiennych stanu.The paper reminds the necessity of reducing the total green gases emission and outlines the impact of this process on the pneumatic drive technique trade. Fundamental improvements of the typical positioning pneumatic drive which allow to reduce both active and passive compressed air consumption were shortly presented and discussed. Taking into account proposed set of improvements e.g. the usage of fast switching valves, simplified position transducer and the need to minimise the number of valves switchovers resulted in developing not only specific drive structure but also a unique open-loop control strategy. Its principles and the methods of parameterisation were also presented and commented in general. In order to proof the energetic efficiency of the proposed positioning pneumatic drive the results of the comparative experiment were presented. The proposed drive was compared with the most popular realisation of the positioning pneumatic drive utilizing state space controller