Файл: Хомяков Э.Н. Вопросы статистической теории оптимальных измерительных систем. Основание для расчета и проектирования.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 27.06.2024

Просмотров: 145

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

кия, причем

сравнение

с ней

других единиц осуществлялось .

наилучшей

точностью.

Таким

образом, возникает проблема с т -

тистического синтеза оптимальной эталонной системы и количест­ венной оценки меры эталониости.

Весьма специфичным для статистической метрологии является необходимость высокоточной опенки случайных параметров, имею­

щих характер винеронскнх процессов. С этой задачей

п р н х о / о т я

сталкиваться при фазовых

и временных измерениях,

.когда

флук-

туацни частоты сигнала

содержат составляющую

типа

белого

шума.

 

 

 

Многомерность обработки информации, связанная с многокэнальностыо метрологического комплекса, а т а к ж е с использова­ нием метода передачи одного и того ж е сообщения но различным каналам связи, приводит к обширному классу задач совместной оценки функционально или статистически ' взаимосвязанных про­ цессов.

Основная задача обработки информации в р а м к а х метрологи­ ческого комплекса сводится в конечном счете к•последовательно» оптимизации алгоритмов обработки информации, начиная с пер­ вичной обработки электромагнитных полей и заканчивая оценкой погрешности определения величины критерия качества метрологи­ ческого комплекса*.

7.5. В О П Р О С Ы А Н А Л И З А И С И Н Т Е З А Д И С К Р Е Т Н О Й Л И М Е Ш Ю П С И С Т Е М Ы У П Р А В Л Е Н И Я М Е Т Р О Л О Г И Ч Е С К И М К О М П Л Е К С О М ПО К Р И Т Е Р И Я М С Р Е Д Н Е К В А Д Р А Т И Ч Е С К О Г О Т И П А

Известно, что величина средних квадрнтическнх .ошибок управ­ ления может быть найдена, если известны статистические характе ­ ристики входных"воздействий и импульсная переходная функция замкнутой системы. В случае, когда информация поступает дис­ кретно, запишем выражение для ошибки системы в терминах дис­ кретного преобразования Л а п л а с а : _


Ф»Д2),Фй(г)~- спектральные матрицы п р о ц е с с о в ^ ) и | ( t ) ооот-

"' " ветственно;

 

Г

окружность единичного

радиуса па

плоскости

пе­

 

 

ременной

z,

 

 

 

 

 

 

 

Соотношение (7.27)

не

учитывает динамических ощибок, обус­

ловленных наличием

ненулевых с р е д н и х ' з н а ч е н и й

п р о ц е с с о в - ^ ^ )

Среднее значение ошибки системы имеет вид

 

 

 

 

 

 

l - o

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(7.2 <5)

 

 

1=0

 

 

 

'

 

 

 

 

Обозначая

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y C i T 0 ) = I - S 0 . -

H ( . L T 0 V '

 

 

 

и разлагая в ряд по степеням^ i т о

функцию т ^ ( . к т 0 - i т 0

) }

за­

пишем условие астатизма

п-го порядка относительно *зЧ*> :

 

 

 

i_

 

d k

\ ( . Z )

=

0; к = 0 И , . . . , n

,

(.7.30)

 

 

 

 

 

dz"

 

 

 

 

 

2 « i

 

 

 

 

Аналогично записывается

 

условие

подавления

систематических

ошибок

измерения:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

* d w

Htz)

 

•о-, k « 0 , i , . . . , n .

(.7.50

 

 

k!

 

 

d z k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Положим, что объект безынерционен, а регулятор не. обладает

фильтрующими свойствами,

т. е.

 

 

 

 

 

 

 

^ U U ) = W U ) * 1

,'

U ( k T e

) = " | ( . k T ) - X U T 0 ) .

(7.32)

При

этом

 

 

 

 

 

 

 

 

 

так

.что

№ . Z)=

N 4 z ) = - j - 1

,

 

С7.зз)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

194


В з а д а ч е синтеза оптимального

управления необходимы эти

ж е данные. В соответствии с общими

приемами минимизации квад­

ратичного функционала..(7.27),. (7.28) оптимальная характеристи­

ка,

дискретной

замкнутой

системы

Я (г),

удовлетворяющая усло­

вию физической реализуемости и устойчивости

 

 

 

 

находится из

условия [36]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

Иг

Ф е е <-Z)

 

 

 

 

.

 

 

а.ы)

 

 

 

-

,

-

 

 

 

 

 

Q U ) »

 

 

 

 

 

z

еу, и

у

 

 

 

~ .

 

 

 

 

г д е

Н Д г ) ^ — произвольная

 

функция,

 

аналитическая

в

области

 

 

 

Г_

(вне единичного

к р у г а ) ;

 

 

 

 

 

Q (.ZV

произвольная

функция,

 

аналитическая

в

области

 

 

 

Г + (внутри

единичного

круга и на границе) .

 

Знание ж е средних значений

(в. частности,

порядка

их поли­

номинального

роста)

необходимо для оценки

необходимого уровня_

астатичности системы. Получение астатической системы

п-порядка_1

при незначительном уклонении от оптимального варианта

осуще-

ствляют выбором

матричной

функции H(z)

из условия

 

 

 

 

г

** "1

 

С . 2 - 1 )

п.

г

 

 

ч - 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l i - H ^ ) J - = —

 

 

 

L r ~ H ^ ) J >

 

 

 

 

_

 

 

 

 

 

П

t z - % )

 

 

"

"

_ .

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

где -CKlZi ^ I;

1- 2 i

Ь ,

причем, « а к показано в работах [36,37J,i

отклонение от оптимального

значения

критерия

имеет

порядок е.

 

7.6. В О П Р О С Ы СТАТИСТИЧЕСКОГО

А Н А Л И З А

И С И Н Т Е З А

 

 

СИСТЕМЫ У П Р А В Л Е Н И Я

П О

К Р И Т Е Р И Я М

 

 

 

 

 

 

 

Г Р А Н И Ч Н О Г О Т И П А

 

 

 

 

 

 

 

В предположении,

что процессы

е ч

сЛ}

 

гауссовы,

использова- ,

ние критериев

(7.21),

(7.2§),

(7.23),

(7.24)

сводится к

применению

соотношения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

!

*

. 195.


1.7.59)

r/le'

M 2

W )

 

Д л я

задачи анализа ^качества

достаточным,

таким

образом,

оказывается

знание

функции

п г 6 к ( Л )

" б - е к М •

Минимизации

функционала

(7.39) существенно

зависит

от

способа

управления .

В

ряде

случаев

у п р а в л я ю щ и й сигнал

влияет

тольсо па

среднее

значение

ошибки

системы (при

детерминированном

управлении) .

Если, в

частности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В

t t )

 

" г а х

и г

 

it)

 

 

 

 

 

 

 

 

,

— — —

 

 

,

С?Й2)

 

«г С п.

<S"P (Л)

 

m.i.n.

13"

t.t")

 

 

то

можно использовать

асимптотическое

выражение

 

 

 

P{|ek ct)l^K (t)} - 1

" Г

К

 

,

 

 

 

 

 

 

5 к

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Очевидно, что при прочих равных условиях, для минимизации (7-43) необходимо обеспечить условие

т. е. у п р а в л я ю щ и й

сигнал

д о л ж е н компенсировать

систематические

составляющие

процессов

и ~ ^ l t v

 

 

В этом случае, когда управляющий сигнал формируется

на ос­

нове текущего

и прошлых

значении

случайного

процесса

?(/) н

з а м к н у т а я система

характеризуется

переходной

функцией

//(/, т),

подлежащей оптимизации, непосредственшчиспользование функ­ ционала \7.43) сопряжено с большими вычислительными' труднос­ тями . Повиднмому, наилучшим вариантом построения системы управления будет комбинированный, когти .т«чермнппронаппое уп­

равление

минимизирует

йЛ'М комигиезеи'

it on-ieManneeMis сме­

шений, а

<гт*»хягт1Г1'тк'1е

управленце мини

-in -ир» Гч с р е т и п чадр i

ИЧз

".

-


тическое отклонение выбором оптимального регулятора.

1лслн ж е процесс (>(1) отличается от гауссового, то закон распределення вероятностен для него следует определить эксперимен­ тально (с использованием аппарата проверки статистических гипо­ тез), рассчитывая затем вероятности превышении заданных гра­ ниц (с оценкой' соответствующих погрешностей).

Д л я использовании критерия

минимума

среднего

времени до­

стижения процессом заданных границ необходимо описать

его по­

ведение стохастическим дифференциальным

уравнением

 

 

^ - ^ т Д е ^ ^ ^ ^ . ^ О Л }

X , W

,

 

IMS)

где

Z j ^ t ) • - независимые белые

шумы с единичной

спектральной-

плотностью мощности. •

 

 

 

 

 

Уравнение (7.45)

описывает

диффузионный

марковский про­

цесс,

Он полностью

характеризуется своими локальными

характе ­

ристиками:

 

 

 

 

 

 

<;ekCt + At) - e^t)l?U)> = A j ? , t } ^ 0 U t ) ;

 

(,7Л6 )

< [ e k i t + A t ) - e t e ( t ) ] [ e j ( > t T u t ; - e i ( s t ) ] | ? , t > =

 

где О(А/) означает

величину, бесконечно малую

относительно Af,

т. е.

 

 

. о.

' еш)

 

i i m . Ш

1

Функции A k ( . e , t ) , B j k C e , t ) y

называемые

коэффициентами,

сноса диффузии,

однозначно

определяются

видом уравнения

(7.45). Так,

 

 

 

 

B ^ ^ - S ^ J e ^ ^ ^ J e c t ^ . t ^ .

(7.50)

При этом для среднего времени Т\ первого достижения границы Г области в Л'-мерном пространстве У : ^ ^ } ь ^ г } имеет место урав ­ нение в частных производных [81]:

at

A

(

i t ,

i

i j - +

<

ч ^

>

a

e