ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 27.06.2024
Просмотров: 125
Скачиваний: 0
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ
ОСНОВЫ
ТЕХНИЧЕСКОЙ
КИБЕРНЕТИКИ
ИЗДАТЕЛЬСТВО «НАУКА»
ГЛАВНАЯ РЕДАКЦИЯ ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
М О С К В А 197 4
ЭНДРЮ П. СЕЙДЖ, ДЖЕЙМС Л. МЕЛСА
ИДЕНТИФИКАЦИЯ
СИСТЕМ
УПРАВЛЕНИЯ
Перевод с английского В. А ?П О Т О Ц К О ГО и А . С. М А Н Д Е Л Л
под редакцией Н . С. Р А Й В М А Н А
ИЗДАТЕЛЬСТВО «НАУКА»
ГЛАВНАЯ РЕДАКЦИЯ
ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
М О С К В А 1 9 7 4
U
(
6Ф6.5
С28
УДК 62-50
у ч - Ш И - ь
SYSTEM IDENTIFICATION
ANDREW P. SAGE, JAMES L. MELSA
ACADEMIC PRESS, 1971,
NEW YORK AND LONDON
Идентификация систем |
управления, |
Эндрю П. |
С е й д ж , |
Джеймс |
||
Л. М е л с а, |
издательство «Наука», Главная редакция |
физико-математиче |
||||
ской литературы, М., 1974, |
248 стр. |
описывающих процессы, проис |
||||
Тема |
книги — определение уравнений, |
|||||
ходящие |
в |
системе. |
|
|
|
|
Описаны методы идентификации линейных и нелинейных систем, основан |
||||||
ные как |
на |
применении специальных испытательных |
сигналов |
(частотные |
и временные методы), так и на измерениях переменных состояния системы в процессе ее нормальной работы. Изложены итеративные методы, методы стохастической аппроксимации, квазилинеаризации, инвариантного нагру
жения. Методы реализуются на ЭВМ.
Книга рассчитана на научных работников и инженеров. Илл. 39. Табл. 6. Библ. 150 назв.
© Перевод на русский язык. Издательство «Наука», 1974.
30501—084 С 053 (01)-74 176-74
ОГЛАВЛЕНИЕ
ч
От редактора перевода ............................... |
. . . . |
|
7 |
||
Предисловие..................... |
................................................... |
|
9 |
||
Г л а в а |
1. Введение......................................................... |
|
. |
|
11 |
Г л а в а |
2. Классические методы идентификации. . . |
|
15 |
||
2.1. |
Введение....................................................................... |
|
. |
|
15 |
2.2. Методы определения |
весовой функции из |
уравне |
|
|
|
|
ния свертки.............................................................. |
|
|
15 |
|
2.3. Корреляционные методы идентификации........... |
|
23 |
v |
||
2.4. Идентификация нестационарных линейных |
объек |
|
|
||
|
тов по отклику на синусоидальный сигнал . . . |
|
29 |
||
2.5. Обучающиеся модели.............................................. |
|
44 |
-Ч |
||
2.6. |
Винеровская теория |
нелинейных систем . . . . |
|
47 |
|
2.7. |
Заключение............................................................... |
|
|
50 |
|
Г л а в а |
3. Функции штрафа в задачах идентификации . |
|
51 |
||
3.1. |
Введение.................................................................... |
|
|
51 |
|
3.2. Идентификация по критерию максимума апостериор |
|
|
|||
|
ной вероятности...................................................... |
|
|
58 |
|
3.3.Идентификация по критерию максимума апосте риорной вероятности при неизвестных параметрах
априорных распределений..................................... |
72 |
3.4. Идентификация по критерию максимума правдо |
|
подобия ................................................................................ |
82 |
3.5. В ы воды ...................................................................... |
100 |
Г л а в а 4. Градиентные методы идентификации . . . . |
101 |
4.1. Введение.................................................................... |
101 |
4.2. Градиентные методы идентификации статических |
|
си ст е м ........................................................................ |
102 |
4.3. Градиентные методы идентификации динамических |
|
си стем ......................................................................... |
112 |
4.4. В ы воды ...................................................................... |
130 |
6 ОГЛАВЛЕН ИЕ
Г л а в а |
5. Идентификация с использованием стохасти |
|
|
|
ческой аппроксимация........................................... |
|
131 |
5.1. |
Введение...................... |
|
131 |
5.2. |
Стохастическая аппроксимация |
для динамических |
|
|
систем ............................................................................... |
|
136 |
5.3. |
Использование стохастической |
аппроксимации для |
|
|
последовательного оценивания динамики линейных |
|
|
|
систем ........................................................................... |
|
159 |
5.4. |
Выводы............................................................................ |
|
172 |
Г л а в а |
6. Квазнлинеарнзация................................................. |
|
173 |
6.1. |
Введение...................................................... |
. . . . |
173 |
6.2. |
Непрерывные системы ................................................. |
|
174 |
6.3. |
Дискретные системы..................................................... |
|
191 |
6.4. Разностная и дифференциальная аппроксимация |
199 |
||
6.5. |
Выводы............................................................. |
|
203 |
Г л а в а |
7. Инвариантное погружение и последовательная |
|
|
|
идентификация......................................................... |
|
204 |
7.1. |
Введение.......................................................................... |
|
204 |
7.2. Непрерывные системы ................................. |
|
204 |
|
7.3. Дискретные системы ..................................................... |
|
216 |
|
7.4. Выводы ............................................................................. |
|
234 |
|
Литература....................................................................................... |
|
236 |
|
Предметный указатель ............................................................... |
|
245 |
ОТ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА
Современный этап развития теории управления харак теризуется все большим вниманием к вопросам построе ния модели объекта управления по данным «вход—выход», полученным в условиях функционирования объекта. Это объясняется тем, что для сложных объектов априорная информация о закономерностях их функционирования не полная или даже отсутствует совсем и создание системы управления в этом случае связано с рядом теоретических и практических трудностей. Поэтому предусматривалось предварительное изучение объекта, получение его мате матического описания по данным вход—выход, которое и составляло предмет нового направления в теории управ ления, получившего название идентификации систем. Значимость идентификации в общей теории привела к чрезвычайно быстрому ее развитию, и внимание, которое уделялось идентификации в работах по управлению, не прерывно росло, и, естественно, значительно увеличилось количество исследований и публикаций в этой области. Вопросы идентификации занимали все большее место в совещаниях и конгрессах международной организации по автоматическому управлению (ИФАК), и в настоящее время проблема идентификации оформляется как само стоятельное направление, разрабатывающее методы и средства получения модели объекта управления. Это фор мирование идентификации осуществляется на базе много численных статей и книг, число которых непрерывно рас тет, а также обмена опытом учеными различных стран на специализированных симпозиумах по идентификации
ИФАК.
Предлагаемый перевод книги американских ученых представляет собой изложение широкого круга современ ных методов идентификации динамических систем. Корот ко рассмотрены классические методы получения модели, базирующиеся на корреляционной теории случайных функций, применение фильтров Винера и Калмана, обу-
8 |
ОТ РЕД АКТО РА ПЕРЕВОДА |
чающиеся |
модели и винеровская теория нелинейных |
систем. Далее исследуются оптимальные байесовские оцен ки и оценки максимума правдоподобия и развиваются гра диентные методы, методы стохастической аппроксимации, квазилинеаризации и др. Важные для приложения обсуж дения вычислительных аспектов различных методов, при веденные примеры значительно облегчают чтение.
Книга вышла в серии «Математика в науке и технике» (том 80), редактором которой является Р. Веллман. Авто ры книги — известные специалисты в области автомати ческого управления. Директор Научного центра теории информации и управления Технологического института
(Southern Methodist University) профессор Эндрю П. Сейдж известен своими работами в области теории оптимального управления и идентификации, а также теории вероятно стей и случайных процессов. Область его практической де ятельности широка. Возглавляемый им Научный центр занимается задачами идентификации и управления элект ротехнических, электронных, биомедицинских, а также организационных систем; одновременно профессор П. Сейдж является членом консультативных советов ряда фирм (машиностроение, радио-и электротехника, атомная техника, космонавтика). Результаты работ в области электронных и аэрокосмических систем, а также в обла сти технического образования неоднократно отмечались премиями на различных] конкурсах в США. Профессор Э. П. Сейдж ведет активную работу в ИФАК, неоднократ но выступал с обзорными лекциями и докладами на конг рессах и симпозиумах по идентификации, является заме стителем редактора журнала этой организации.
Профессор Джеймс Л. Мелса является заведующим кафедрой электротехники (Notre Dame University), и им получены интересные результаты в области оптимального управления, гибридных систем, бионики, программирова ния, обучения, которые опубликованы в США. В настоя щее время он в основном занимается теорией оценивания, идентификацией, оптимальным управлением.
Книга представляет интерес для широкого круга спе циалистов в области теории управления и идентификации, а также может быть использована преподавателями, аспи рантами и студентами старших курсов в качестве учебного пособия. Н. Райбман
ПРЕДИСЛОВИЕ
Для нескольких последних лет характерен значитель ный интерес к изучению современной теории систем. Су щественной частью многих задач современной теории си стем является необходимость провести идентификацию или моделирование системы. Под идентификацией или мо делированием здесь понимается процесс определения раз ностного или дифференциального уравнения (или коэф фициентов этого уравнения), описывающего физические явления в системе в соответствии с некоторым заранее указанным критерием. Имеется ряд более широких опре делений понятия идентификации, которые здесь не рас сматриваются. Цель этой книги — дать обзор большинства из существующих методов идентификации и провести по возможности углубленный анализ алгоритмов идентифи кации, ориентированных на современную цифровую вычис лительную технику. Эти методы основаны на теории оце нок и оптимизации, развитой в основополагающих работах Веллмана, Брайсона, Быосп, Хо, Калмана, Миддлтона, Понтрягина и других.
Книга адресуется читателю, уже знакомому с фунда ментальными положениями теории оптимизации и оценок, например, в объеме глав 2—4, 6 и 8 — 10 «Оптимального управления» (Сейдж, [116]), или глав 5—7 и 9 «Теории оценок с приложениями к задачам управления и связи» (Сейдж и Мелса, [127]) или других аналогичных учебников. В то же время для понимания излагаемого в книге мате риала от читателя не требуется знания вычислительных методов оптимизации, оценивания и идентификации.
К) П Р Е Д И С Л О В И Е
Можно надеяться, что книга будет интересна инжене- рам-системотехникам, занимающимся вопросами управ ления, исследования операций, математического модели рования, моделирования в биологии и медицине, и спе циалистам в других областях, где возникают задачи построения моделей систем по наблюдаемым данным.
Авторы сердечно благодарят Дина Томаса Л. Мартинамладшего из Технологического института Южного мето дистского университета, чье вдохновляющее руководство создало атмосферу, в которой оказалось возможным по явление этой книги.
Оригинальные исследования авторов, на которых ба зируется книга, были частично поддержаны сектором аэрокосмических исследований отдела научных исследова ний ВВС. Авторы особенно благодарны научному руково дителю проекта доктору Джошуа X. Розенблуму, поощряв шему исследовательские усилия авторов и их студентов.
Авторы благодарят Мэри Лу Карузерс, Томми Доусо на, Пэтси Вунш и Каролин Хьюджес за кропотливую ра боту по перепечатке рукописи.