Потребность в оценке параметров в степенях

Оценка параметра является мощным инструментом для операций степени, где точность моделей является критической и может потребоваться в соответствии с регулированием. Существует несколько причин, по которым может потребоваться выполнить оценку параметра в степенях, включая:

Описание системной модели возбуждения

Генераторы создают степень путем вращения магнитного поля и спиральных проводов относительно друг друга, чтобы вызвать электрический ток. Для генераторов, которые используют электромагниты, система возбуждения подает ток на обмотки возбуждения генератора, чтобы создать магнитное поле. Путем управления силой магнитного поля внутри генератора, система возбудителя может управлять выходным напряжением генератора.

Модель Simulink ® spe_exciter моделирует систему возбуждения в автономном шаговом тесте. В этом тесте генератор переводится в автономный режим, затем к возбудителю прикладывается шаговый вход напряжения, и выходное напряжение измеряется в целях характеристики системы. Эта модель включает подсистему, помеченную как «DC1A система возбуждения», которая следует структуре модели для системы возбуждения, описанной в стандарте DC1A IEEE. Блок содержит несколько параметров, таких как усиления и временные константы, которые определяют поведение системы и должны соответствовать нашей системе. Входные и выходные значения напряжения указаны в p.u. (за модуль).

Открыть модель можно следующей командой:

open_system('spe_exciter');

Откройте приложение Parameter Estimator

Дважды кликните оранжевый блок с меткой Parameter Estimation with preloaded data в левом нижнем углу модели. Это запустит сеанс оценки параметра, предварительно загруженный данными для этого проекта, включая экспериментальные данные автономного шагового теста.

Сеанс Оценки Параметра загружается системными параметрами, которые были определены как нуждающиеся в настройке по любой из упомянутых выше причин. Эти параметры включают усиления Ka, Ke, и Kf; и временные константы Ta, Tb, Tc, Te, Tf, и Tr. Эти параметры обязаны использовать только положительные значения во время оценки.

Чтобы построить график отклика модели относительно экспериментальных данных, нажмите кнопку Plot Model Response на панели инструментов. Заметьте, что начальные условия для состояний в нашей модели в настоящее время неправильны, что вызывает начальную динамику в симулированный отклик и смещение между моделируемым и измеренный отклик. На следующем шаге мы обновим опции в приложении Parameter Estimator, чтобы решить для правильных начальных условий в нашей модели.

Вычисление установившейся рабочей точки во время оценки параметра

В экспериментальном тесте, который произвел измеренный отклик, система возбуждения находилась в устойчивом состоянии и выводила около 1,1 мкм. до начала тестовых измерений. Чтобы соответствовать этим условиям в оценке нашего параметра, мы зададим, что модель должна начинаться с установившейся рабочей точки во время оценки параметра. Щелкните Дополнительные опции (More Options) и выберите Опции рабочей точки (Options).

Это показывает диалоговое окно, в котором можно задать, как должны вычисляться установившиеся рабочие точки во время оценки параметра. Откройте диалоговое окно и установите флажок Estimate at steady-state так, что Parameter Estimator будет переводить модель в установившееся состояние каждый раз, когда она изменяет параметры и запускает модель. В этой модели семь состояний, по умолчанию они будут установлены в неизвестное состояние и помечены как состояния, которые будут установлены в установившемся состоянии. Это соответствует нашей системе, поэтому мы будем сохранять эти опции неизменными.

Входы в модель (терминальное напряжение и опорное напряжение) известны из автономного шагового теста. Переходя на вкладку Входы в разделе Спецификации, мы можем задать эти условия. Мы видим, что входы помечены как известные по умолчанию со значением единицы. Они происходят от начального значения в измеренных данных, и мы оставим эти значения неизменными.

Переходя на вкладку Выходы под Спецификации, мы помечаем выход (напряжение возбуждения) нашей системы как известное путем проверки флажка «Известно» и устанавливаем его «Значение» равным 1.1028, которое является первым значением нашего измеренных тестовых данных напряжения возбуждения.

С помощью настроенных нами опций, прежде чем запускать каждую симуляцию модели, Parameter Estimation решит для набора начальных условий, которые поместят все заданные состояния в установившееся состояние на заданных входном и выходном уровнях. Чтобы увидеть результат этих изменений, снова нажмите Plot Model Response и увидите, что симулированный отклик теперь находится в устойчивом состоянии при ожидаемом исходном выходе.

Настройка представления оценки параметра

Перед оценкой параметров мы можем использовать панель инструментов, чтобы настроить представление Parameter Estimation, чтобы отобразить интересующую нас информацию. Используйте кнопку «Добавить график» на панели инструментов, чтобы добавить график «Траектория параметра» и график «Оценка стоимости». Можно использовать вкладку Вид, чтобы настроить размещение и сделать все графики видимыми.

Выполните оценку параметра

Теперь мы готовы выполнить оценку параметра. На вкладке Оценка параметра щелкните Оценка.. Из-за большого количества параметров, оцениваемых в этом примере, этот процесс может занять несколько минут.

Когда процесс оценки сходится, реакция новой модели показывается на графике эксперимента. Мы видим лучшее соответствие между моделью и измеренными данными, и ошибка на графике ExpCost значительно уменьшилась. Они указывают, что был найден хороший набор параметров. График EstimatedParams показывает, как каждый параметр изменялся при каждой итерации. Чтобы более четко увидеть, насколько каждый параметр изменился относительно его начального значения, щелкните правой кнопкой мыши график EstimatedParams и выберите Show scaled values.

Ускорение оценки с использованием опций параллельного пула

Из-за большого количества параметров, которые оцениваются, оценка параметра может занять много времени. Когда количество параметров увеличивается, количество раз, когда модель должна запускаться при каждой итерации, также увеличивается. Это приводит к увеличению общего времени расчета, необходимого для сходимости оценки параметра.

Чтобы ускорить оценку нашего параметра, мы можем настроить наши опции для использования параллельного пула. Тогда наши параллельные рабочие могут запустить симуляции одновременно, чтобы ускорить процесс оценки параметра.

Для этого вам понадобится MATLAB Parallel Computing Toolbox. Перед выполнением оценки параметра перейдите в Дополнительные опции > Параллельные опции на панели инструментов Оценка параметра. Затем выберите Use parallel pool during estimation. Нажмите OK, затем на панели инструментов нажмите Estimate.

Для параллельного пула с 8 работниками процесс оценки для этого примера был завершен в 3,5 раза быстрее. Для доступа к опциям, связанным с параллельными вычислениями, таким как количество рабочих процессов и настройка кластера, смотрите «Укажите свои настройки».

Похожие темы