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
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 1к 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 |