3722 | | \begin_inset Formula $C_{t}$ |
3723 | | \end_inset |
3724 | | |
3725 | | předpokládáme známé. |
3726 | | Dále |
3727 | | \begin_inset Formula $x_{0},w_{0},\ldots,w_{T-1},v_{0},\ldots,v_{T-1}$ |
3728 | | \end_inset |
3729 | | |
3730 | | jsou vektory nezávislých náhodných veličin s daným rozdělením pravděpodobnosti |
3731 | | splňujícím |
3732 | | \begin_inset Formula $\mathrm{\mathbf{E}}\left\{ w_{t}\right\} =\mathrm{\mathbf{E}}\left\{ v_{t}\right\} =0$ |
3733 | | \end_inset |
3734 | | |
3735 | | , pro |
3736 | | \begin_inset Formula $t=0,1,\ldots,T-1$ |
3737 | | \end_inset |
3738 | | |
3739 | | . |
3740 | | Označme |
3741 | | \begin_inset Formula $S=\mathrm{\mathbf{E}}\left\{ \left(x_{0}-\mathrm{\mathbf{E}}\left\{ x_{0}\right\} \right)\left(x_{0}-\mathrm{\mathbf{E}}\left\{ x_{0}\right\} \right)^{T}\right\} $ |
3742 | | \end_inset |
3743 | | |
3744 | | , |
3745 | | \begin_inset Formula $M_{t}=\mathrm{\mathbf{E}}\left\{ w_{t}w_{t}^{T}\right\} $ |
3746 | | \end_inset |
3747 | | |
3748 | | , |
3749 | | \begin_inset Formula $N_{t}=\mathrm{\mathbf{E}}\left\{ v_{t}v_{t}^{T}\right\} $ |
3750 | | \end_inset |
3751 | | |
3752 | | a nechť je matice |
3753 | | \begin_inset Formula $N_{t}$ |
3754 | | \end_inset |
3755 | | |
3756 | | pozitivně definitní pro všechny časy |
| 3724 | \begin_inset Formula $Q_{t}$ |
| 3725 | \end_inset |
| 3726 | |
| 3727 | v tomto pořadí; obecně nelineární funkce |
| 3728 | \begin_inset Formula $f$ |
| 3729 | \end_inset |
| 3730 | |
| 3731 | představuje funkci systému a |
| 3732 | \begin_inset Formula $h$ |
| 3733 | \end_inset |
| 3734 | |
| 3735 | funkci měření a předpokládáme je známé. |
| 3736 | |
| 3737 | \end_layout |
| 3738 | |
| 3739 | \begin_layout Standard |
| 3740 | Označme nyní |
| 3741 | \begin_inset Formula $A$ |
| 3742 | \end_inset |
| 3743 | |
| 3744 | Jacobiho matici parciálních derivací |
| 3745 | \begin_inset Formula $f$ |
| 3746 | \end_inset |
| 3747 | |
| 3748 | dle |
| 3749 | \begin_inset Formula $x$ |
| 3750 | \end_inset |
| 3751 | |
| 3752 | v bodě odhadu, tedy |
| 3753 | \begin_inset Formula $\left(A_{t}\right)_{ij}=\frac{\partial f_{i}}{\partial x_{j}}\left(\hat{x}_{t-1},u_{t-1},0\right)$ |
| 3754 | \end_inset |
| 3755 | |
| 3756 | . |
| 3757 | Obdobně |
| 3758 | \begin_inset Formula $W$ |
| 3759 | \end_inset |
| 3760 | |
| 3761 | představuje |
| 3762 | \begin_inset Formula $\left(W_{t}\right)_{ij}=\frac{\partial f_{i}}{\partial w_{j}}\left(\hat{x}_{t-1},u_{t-1},0\right)$ |
| 3763 | \end_inset |
| 3764 | |
| 3765 | , kde |
| 3766 | \begin_inset Formula $\hat{x}_{t}$ |
| 3767 | \end_inset |
| 3768 | |
| 3769 | reprezentuje aposteriorní odhad stavu |
| 3770 | \begin_inset Formula $x_{t}$ |
| 3771 | \end_inset |
| 3772 | |
| 3773 | (na základě předcházejících |
3760 | | . |
3761 | | \end_layout |
3762 | | |
3763 | | \begin_layout Standard |
3764 | | Dále označme |
3765 | | \begin_inset Formula $\hat{x}_{t\mid t-1}$ |
3766 | | \end_inset |
3767 | | |
3768 | | apriorní odhad stavu |
3769 | | \begin_inset Formula $x_{t}$ |
3770 | | \end_inset |
3771 | | |
3772 | | , tedy odhad v čase |
3773 | | \begin_inset Formula $t$ |
3774 | | \end_inset |
3775 | | |
3776 | | na základě informací do času |
3777 | | \begin_inset Formula $t-1$ |
3778 | | \end_inset |
3779 | | |
3780 | | . |
3781 | | Obdobně |
3782 | | \begin_inset Formula $\hat{x}_{t\mid t}$ |
3783 | | \end_inset |
3784 | | |
3785 | | označuje aposteriorní odhad |
3786 | | \begin_inset Formula $x_{t}$ |
3787 | | \end_inset |
3788 | | |
3789 | | . |
3790 | | Analogicky pak označíme apriorní |
3791 | | \begin_inset Formula $P_{t\mid t-1}$ |
3792 | | \end_inset |
3793 | | |
3794 | | a aposteriorní |
3795 | | \begin_inset Formula $P_{t\mid t}$ |
3796 | | \end_inset |
3797 | | |
3798 | | kovarianční matici stavu systému. |
3799 | | \end_layout |
3800 | | |
3801 | | \begin_layout Paragraph |
| 3777 | kroků). |
| 3778 | Analogicky pro funkci |
| 3779 | \begin_inset Formula $h$ |
| 3780 | \end_inset |
| 3781 | |
| 3782 | označme |
| 3783 | \begin_inset Formula $\left(H_{t}\right)_{ij}=\frac{\partial h_{i}}{\partial x_{j}}\left(\tilde{x}_{t},0\right)$ |
| 3784 | \end_inset |
| 3785 | |
| 3786 | a |
| 3787 | \begin_inset Formula $\left(V_{t}\right)_{ij}=\frac{\partial h_{i}}{\partial v_{j}}\left(\tilde{x}_{t},0\right)$ |
| 3788 | \end_inset |
| 3789 | |
| 3790 | , kde |
| 3791 | \begin_inset Formula $\tilde{x}_{t}$ |
| 3792 | \end_inset |
| 3793 | |
| 3794 | představuje aproximaci stavu vypočtenou z odhadu bez šumu |
| 3795 | \begin_inset Formula $\tilde{x}_{t}=f\left(\hat{x}_{t-1},u_{t-1},0\right)$ |
| 3796 | \end_inset |
| 3797 | |
| 3798 | . |
| 3799 | \end_layout |
| 3800 | |
| 3801 | \begin_layout Subsubsection |
3806 | | Volíme počáteční podmínky |
3807 | | \begin_inset Formula $\hat{x}_{0\mid-1}=\mathrm{\mathbf{E}}\left\{ x_{0}\right\} $ |
| 3806 | Samotný algoritmus EKF můžeme rozdělit na dvě fáze. |
| 3807 | V první označované jako časová oprava (time update) nebo také |
| 3808 | \emph on |
| 3809 | predikce |
| 3810 | \emph default |
| 3811 | se vypočítá apriorní odhad stavu a kovarianční matice: |
| 3812 | \begin_inset Formula |
| 3813 | \begin{eqnarray*} |
| 3814 | \overline{\hat{x}}_{t} & = & f\left(\hat{x}_{t-1},u_{t-1},0\right),\\ |
| 3815 | \overline{P}_{t} & = & A_{t}P_{t-1}A_{t}^{T}+W_{t}Q_{t-1}W_{t}^{T}. |
| 3816 | \end{eqnarray*} |
| 3817 | |
| 3818 | \end_inset |
| 3819 | |
| 3820 | Ve druhé části označované jako oprava měření (measurement update) neboli |
| 3821 | |
| 3822 | \emph on |
| 3823 | korekce |
| 3824 | \emph default |
| 3825 | pak získáme aposteriorní odhad stavu |
| 3826 | \begin_inset Formula $\hat{x}_{t}$ |
| 3827 | \end_inset |
| 3828 | |
| 3829 | a kovarianční matice |
| 3830 | \begin_inset Formula $P_{t}$ |
| 3831 | \end_inset |
| 3832 | |
| 3833 | : |
| 3834 | \begin_inset Formula |
| 3835 | \begin{eqnarray*} |
| 3836 | K_{t} & = & \overline{P}_{t}H_{t}^{T}\left(H_{t}\overline{P}_{t}H_{t}^{T}+V_{t}R_{t}V_{t}^{T}\right)^{-1},\\ |
| 3837 | \hat{x}_{t} & = & \overline{\hat{x}}_{t}+K_{t}\left(z_{t}-h\left(\overline{\hat{x}}_{t},0\right)\right)\\ |
| 3838 | P_{t} & = & \left(I-K_{t}H_{t}\right)\overline{P}_{t}. |
| 3839 | \end{eqnarray*} |
| 3840 | |
| 3841 | \end_inset |
| 3842 | |
| 3843 | Pro úplnost je ještě třeba dodat počáteční odhady |
| 3844 | \begin_inset Formula $\hat{x}_{0}$ |
3811 | | \begin_inset Formula $P_{0\mid-1}=S$ |
3812 | | \end_inset |
3813 | | |
3814 | | a dále předpokládáme, že máme odhady |
3815 | | \begin_inset Formula $\hat{x}_{t\mid t-1}$ |
3816 | | \end_inset |
3817 | | |
3818 | | a |
3819 | | \begin_inset Formula $P_{t\mid t-1}=\mathrm{\mathbf{E}}\left\{ \left(x_{t}-\hat{x}_{t\mid t-1}\right)\left(x_{t}-\hat{x}_{t\mid t-1}\right)^{T}\right\} .$ |
3820 | | \end_inset |
3821 | | |
3822 | | V čase |
3823 | | \begin_inset Formula $t$ |
3824 | | \end_inset |
3825 | | |
3826 | | získáme měření na výstupu systému |
3827 | | \begin_inset Formula $z_{t}=C_{t}x_{t}+v_{t}$ |
3828 | | \end_inset |
3829 | | |
3830 | | a z něj vypočítáme aposteriorní odhad stavu |
3831 | | \begin_inset Formula $\hat{x}_{t\mid t}$ |
3832 | | \end_inset |
3833 | | |
3834 | | ve tvaru |
3835 | | \begin_inset Formula |
3836 | | \begin{equation} |
3837 | | \hat{x}_{t\mid t}=\hat{x}_{t\mid t-1}+P_{t\mid t-1}C_{t}^{T}\left(C_{t}P_{t\mid t-1}C_{t}^{T}+N_{t}\right)^{-1}\left(z_{t}-C_{t}\hat{x}_{t\mid t-1}\right).\label{eq:kalman_st_aposter} |
3838 | | \end{equation} |
3839 | | |
3840 | | \end_inset |
3841 | | |
3842 | | Dále pak získáme apriorní odhad stavu |
3843 | | \begin_inset Formula $\hat{x}_{t+1\mid t}$ |
3844 | | \end_inset |
3845 | | |
3846 | | v čase |
3847 | | \begin_inset Formula $t+1$ |
3848 | | \end_inset |
3849 | | |
3850 | | jako |
3851 | | \begin_inset Formula $\hat{x}_{t+1\mid t}=A_{t}\hat{x}_{t\mid t}$ |
3852 | | \end_inset |
3853 | | |
3854 | | a apriorní kovarianční matici |
3855 | | \begin_inset Formula $P_{t+1\mid t}=A_{t}P_{t\mid t}A_{t}^{T}+M_{t}$ |
3856 | | \end_inset |
3857 | | |
3858 | | . |
3859 | | Aposteriorní kovarianční matici |
3860 | | \begin_inset Formula $P_{t\mid t}$ |
3861 | | \end_inset |
3862 | | |
3863 | | získáme z rovnice |
3864 | | \begin_inset Formula |
3865 | | \[ |
3866 | | P_{t\mid t}=P_{t\mid t-1}-P_{t\mid t-1}C_{t}^{T}\left(C_{t}P_{t\mid t-1}C_{t}^{T}+N_{t}\right)^{-1}C_{t}P_{t\mid t-1}. |
3867 | | \] |
3868 | | |
3869 | | \end_inset |
3870 | | |
3871 | | |
3872 | | \end_layout |
3873 | | |
3874 | | \begin_layout Standard |
3875 | | Rovnici |
3876 | | \begin_inset CommandInset ref |
3877 | | LatexCommand ref |
3878 | | reference "eq:kalman_st_aposter" |
3879 | | |
3880 | | \end_inset |
3881 | | |
3882 | | lze vyjádřit ve tvaru |
3883 | | \begin_inset Formula |
3884 | | \[ |
3885 | | \hat{x}_{t\mid t}=A_{t-1}\hat{x}_{t-1\mid t-1}+P_{t\mid t}C_{t}^{T}N_{t}^{-1}\left(z_{t}-C_{t}A_{t-1}\hat{x}_{t-1\mid t-1}\right). |
3886 | | \] |
3887 | | |
3888 | | \end_inset |
3889 | | |
3890 | | Nyní, když budeme uvažovat systém se vstupem můžeme modifikací předchozí |
3891 | | rovnice získat vyjádření ve tvaru |
3892 | | \begin_inset Formula |
3893 | | \[ |
3894 | | \hat{x}_{t\mid t}=A_{t-1}\hat{x}_{t-1\mid t-1}+B_{t-1}u_{t-1}+P_{t\mid t}C_{t}^{T}N_{t}^{-1}\left(z_{t}-C_{t}A_{t-1}\hat{x}_{t-1\mid t-1}\right), |
3895 | | \] |
3896 | | |
3897 | | \end_inset |
3898 | | |
3899 | | přičemž rovnice pro výpočet |
3900 | | \begin_inset Formula $P_{t\mid t}$ |
3901 | | \end_inset |
3902 | | |
3903 | | zůstávají nezměněny. |
3904 | | \end_layout |
3905 | | |
3906 | | \begin_layout Subsection |
| 3848 | \begin_inset Formula $P_{0}$ |
| 3849 | \end_inset |
| 3850 | |
| 3851 | . |
| 3852 | \end_layout |
| 3853 | |
| 3854 | \begin_layout Section |
5189 | | I v případě injektáží, kdy byl přidáván vysokofrekvenční signál, byl tento |
5190 | | signál přidáván stále bez ohledu na okolnosti. |
5191 | | Jistý krok směrem k duálnímu přístupu lze pozorovat pouze u hybridních |
5192 | | metod, které buď plynule, nebo jednorázově přepínají mezi dvěma modely. |
5193 | | Jeden je určen pro dobrou estimaci a druhý pro nízké ztráty při řízení. |
5194 | | \end_layout |
5195 | | |
5196 | | \begin_layout Standard |
5197 | | Dalším nedostatkem standartních metod je předpoklad, že odhad poskytnutý |
| 5119 | Dalším nedostatkem standartních metod je předpoklad, že odhad poskytnutý |
5235 | | key "DAU1" |
5236 | | |
5237 | | \end_inset |
5238 | | |
5239 | | definován jako řídící systém pracující za podmínek neurčitosti, který poskytuje |
5240 | | požadovaný výkon díky změně svých parametrů a/nebo struktury. |
5241 | | Tím je dosaženo snížení nejistoty a zlepšení chování řízeného systému. |
5242 | | Nejistota je zahrnuta do řídící strategie vhodnou volbou řídícího signálu, |
5243 | | který má následující dvě vlastnosti: |
| 5157 | key "adaptDC2004" |
| 5158 | |
| 5159 | \end_inset |
| 5160 | |
| 5161 | definován jako řídící systém pracující za podmínek neurčitosti představované |
| 5162 | neznámými parametry, případně strukturou systému. |
| 5163 | Snahou je snížení neurčitosti a plnění požadavků (sledování referenčního |
| 5164 | signálu) tak dobře, jako v systému bez neurčitosti. |
| 5165 | Neurčitost je snižována změnou hodnot parametrů a případně i struktury. |
| 5166 | Dále je neurčitost zahrnuta do řídící strategie vhodnou volbou řídícího |
| 5167 | signálu, který má následující dvě vlastnosti: |
| 5752 | \end_layout |
| 5753 | |
| 5754 | \begin_layout Subsection |
| 5755 | Injektáže a duální řízení |
| 5756 | \end_layout |
| 5757 | |
| 5758 | \begin_layout Standard |
| 5759 | Na injektáže lze z jistého směru pohlížet také jako na duální řízení. |
| 5760 | Především v sobě kombinují obě žádoucí vlastnosti, opatrnost a buzení. |
| 5761 | Opatrnost je reprezentována konkrétním použitým regulátorem, který se snaží |
| 5762 | co nejlépe sledovat cíl řízení. |
| 5763 | Injektovaný signál pak představuje buzení, které napomáhá k určení parametrů |
| 5764 | stroje. |
| 5765 | \end_layout |
| 5766 | |
| 5767 | \begin_layout Standard |
| 5768 | V základním návrhu je přidáván vysokofrekvenční signál stále, bez ohledu |
| 5769 | na okolnosti a tedy tento návrh se příliš nesnaží o nalezení kompromisu |
| 5770 | mezi opatrným řízením a buzením. |
| 5771 | Velkou výhodou ale je, že to příliš nevadí, obzvláště při nízkých otáčkách, |
| 5772 | protože vysokofrekvenční signál má minimální vliv na samotný chod stroje. |
| 5773 | Současně ale poskytuje relativně dobrý odhad natočení rotoru, jehož kvalita |
| 5774 | nezávisí na otáčkách, ale pouze na rozdílu induktancí. |
| 5775 | \end_layout |
| 5776 | |
| 5777 | \begin_layout Standard |
| 5778 | Jistý krok směrem k hledání kompromisu mezi opatrností a buzením lze pozorovat |
| 5779 | u hybridních metod, které buď plynule, nebo jednorázově přepínají mezi |
| 5780 | dvěma modely, s injektáží a bez. |
| 5781 | Jeden je určen pro dobrou estimaci a druhý pro nízké ztráty při řízení. |
| 5782 | To vede k velkému zlepšení, protože přídavný signál je injektován, jen, |
| 5783 | když je opravdu potřeba. |
| 5784 | \end_layout |
| 5785 | |
| 5786 | \begin_layout Standard |
| 5787 | Hlavním problémem injektáží z hlediska duálního řízení je, že se jedná spíše |
| 5788 | o |
| 5789 | \begin_inset Quotes gld |
| 5790 | \end_inset |
| 5791 | |
| 5792 | ad hoc |
| 5793 | \begin_inset Quotes grd |
| 5794 | \end_inset |
| 5795 | |
| 5796 | přístup, který byl navržen s využitím konkrétních vlastností PMSM a pro |
| 5797 | předem určený účel. |
| 5798 | Injektovaný vysokofrekvenční signál je užívaný jednak z důvodu menšího |
| 5799 | vlivu na chod samotného stroje. |
| 5800 | Další důvod pro jeho užití je relativně snadné zpracování a vyhodnocení |
| 5801 | pomocí metod analýzy signálu, které lze snadno implementovat hardwarově |
| 5802 | (filtry, detekce obálky, fázový závěs). |
| 5803 | Dalším problémem injektovaného signálu jsou pak jeho parametry, jako amplituda |
| 5804 | a frekvence, ty jsou zpravidla nalézány experimentálně. |
| 5805 | \end_layout |
| 5806 | |
| 5807 | \begin_layout Standard |
| 5808 | Je tedy na místě položit otázku, jestli takovýto přídavný signál může být |
| 5809 | optimálním buzením a nebo mu být alespoň v nějakém smyslu blízko? Odpovědět |
| 5810 | samozřejmě není snadné z důvodu praktické neřešitelnosti problému nalezení |
| 5811 | optimálního duálního řízení. |
| 5812 | Ve prospěch injektáží, a zejména hybridních metod, mluví výsledky praktických |
| 5813 | experimentů na skutečných motorech, proti nim pak zejména to, že byly navrhován |
| 5814 | y bez ohledu na optimalitu a hledání kompromisu mezi opatrností a buzením. |
| 5815 | Nicméně se jedná o dobrý základ, který je vhodný k bližšímu prostudování |
| 5816 | při návrhu méně náročných metod duálního řízení. |