Главная > Теория автоматического регулирования. Книга 2
НАПИШУ ВСЁ ЧТО ЗАДАЛИ
СЕКРЕТНЫЙ БОТ В ТЕЛЕГЕ
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Пред.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
401
402
403
404
405
406
407
408
409
410
411
412
413
414
415
416
417
418
419
420
421
422
423
424
425
426
427
428
429
430
431
432
433
434
435
436
437
438
439
440
441
442
443
444
445
446
447
448
449
450
451
452
453
454
455
456
457
458
459
460
461
462
463
464
465
466
467
468
469
470
471
472
473
474
475
476
477
478
479
480
481
482
483
484
485
486
487
488
489
490
491
492
493
494
495
496
497
498
499
500
501
502
503
504
505
506
507
508
509
510
511
512
513
514
515
516
517
518
519
520
521
522
523
524
525
526
527
528
529
530
531
532
533
534
535
536
537
538
539
540
541
542
543
544
545
546
547
548
549
550
551
552
553
554
555
556
557
558
559
560
561
562
563
564
565
566
567
568
569
570
571
572
573
574
575
576
577
578
579
580
581
582
583
584
585
586
587
588
589
590
591
592
593
594
595
596
597
598
599
600
601
602
603
604
605
606
607
608
609
610
611
612
613
614
615
616
617
618
619
620
621
622
623
624
625
626
627
628
629
630
631
632
633
634
635
636
637
638
639
640
641
642
643
644
645
646
647
648
649
650
651
652
653
654
655
656
657
658
659
660
661
662
663
664
665
666
След.
Макеты страниц

Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше

Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике

ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO

1. КОРРЕКТНОСТЬ УРАВНЕНИЙ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ДИНАМИКИ И СЛОЖНОСТЬ ОПТИМАЛЬНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Если при проектировании мы располагаем только приближенными оценками спектральных плотностей или решение интегрального уравнения может быть получено только численными методами, то возникает вопрос об устойчивости приближенного решения интегральных уравнений 1-го рода, полученных в предыдущей главе относительно ошибок исходных данных и устойчивости численных алгоритмов. Устойчивость решения понимается таким образом, чтобы малые ошибки в исходных данных вызывали малые ошибки результатов расчета. Задача считается поставленной корректно, если решение ее существует, единственно и устойчиво относительно малых вариаций исходных данных.

Можно показать, что интегральные уравнения первого рода в указанном смысле некорректны. Для решения некорректных задач А. Н. Тихоновым были разработаны методы регуляризации [7], Применительно к задачам статистической динамики метод регуляризации заключается в следующем. Пусть мы имеем некоторый допустимый уровень среднеквадратической ошибки больший минимально достижимого для оптимальных систем, а также некоторый функционал определенный для рассматриваемого класса импульсных переходных функций.

Рассмотрим вариационную задачу на условный экстремум, когда требуется найти функцию минимизирующую функционал и обеспечивающую заданный допустимый уровень ошибки Такая задача сводится к минимизации функционала

где — множитель Лагранжа.

Если вариационная задача минимизации функционала оказывается корректной, то функционал называют регуляризующим, а сама задача называется регуляризацией исходной вариационной задачи. Для того чтобы функционал был регуляризующим, достаточно, чтобы множество импульсных переходных функций, для которых при любом конечном а было компактным, а оператор Эйлера для функционала был бы вполне непрерывным оператором [7].

Регуляризующими функционалами для задач статистической динамики являются функционалы вида

где — некоторый дифференциальный оператор;

— конечное число или бесконечность.

В частности, если регуляризующий функционал будет иметь вид

Используя регуляризующий функционал (VIII.3) и применяя метод регуляризации, мы получим в качестве условий оптимальности интегральные уравнения не рода.

Покажем, каким образом может производиться регуляризация на примере задачи Винера. Для этого предположим, что при заданных корреляционных функциях и преобразующем операторе минимальная среднеквадратическая ошибка равна Далее зададимся некоторой ошибкой причем

Требуется найти импульсную переходную функцию обеспечивающую минимум функционала:

при следующем ограничении

Такого рода импульсную переходную функцию мы будем называть желаемой в отличие от оптимальной, обеспечивающей

Запишем выражение для ошибки полезного сигнала в виде

Тогда из выражения (VIII.6) найдем значение среднеквадратической ошибки

Для решения поставленной задачи составим функционал

где — неопределенный множитель Лагранжа.

Придавая, как обычно, импульсной переходной функции вариацию получим интегральное уравнение, представляющее собой необходимое и достаточное условие для минимума интеграла (VIII.4) при ограничивающем условии (VIII.5), т. е.

Интегральное уравнение (VIII.9) является интегральным уравнением рода.

Если корреляционной функции

соответствует дробно-рациональная спектральная плотность

то решение интегрального уравнения имеет вид

где корни характеристического уравнения

Произвольные постоянные определяются подстановкой выражения (VIII. 17) в интегральное уравнение (VIII.9). В результате получаем к уравнений для определения коэффициентов которые являются функциями неопределенного множителя Лагранжа X. Для определения значения X подставляем импульсную переходную функцию (VIII. 12) в ограничивающее условие (VIII.5).

Если исходные данные в виде корреляционных функций или спектральных плотностей заданы неточно, то решение уравнения 2-го рода будет иметь ошибку того же порядка. Численные методы решения уравнения (VIII.9) устойчивы относительно ошибок исходных данных.

Регуляризация задач статистической динамики целесообразна не только в вычислительном отношении, но также и потому, что она уменьшает сложность реализации оптимальных систем [6], [9]. Действительно, минимизация регуляризующего функционала эквивалентна сужению множества т. е. множества тех для которых . Определим функционал т. е. минимально необходимую стоимость физической реализации фильтра, задаваемого импульсной переходной функцией Характеристика сложности физической реализации фильтра, задаваемого импульсной переходной функцией принадлежащей множеству может служить число

При этом очевидно, что

если

Из последнего выражения видно, что регуляризация уменьшает максимально возможную стоимость физической реализации оптимального фильтра. Так как выражение (VIII.9) является уравнением рода, не имеющим в своем составе -функций, то и импульсная переходная функция определяемая выражением (VIII. 12), в отличие от решения обычной задачи Винера не будет содержать в своем составе -функций.

Рассмотрим теперь связь регуляризации задач статистической динамики с минимизацией полосы пропускания оптимальных фильтров. Синтез системы с минимальной полосой пропускания [6], [9] сводится к минимизации среднеквадратического значения сигнала на выходе фильтра при заданном уровне ошибки преобразования сигнала в желаемый сигнал

Среднеквадратическое значение сигнала на выходе фильтра, имеющего характеристику дифференциатора порядка в случае источника белого шума, определяется следующим функционалом от импульсной переходной функции системы:

Но как было отмечено выше, такой функционал является регуляризующим для задач статистической динамики. Таким образом, регуляризация задач статистической динамики эквивалентна минимизации полосы пропускания, что, естественно, приводит к упрощению задачи физической реализации оптимальной системы.

1
Оглавление
email@scask.ru