Файл: Тарушкина Л.Т. Статистическая оценка параметров управляемых систем с помощью ЦВМ.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 02.07.2024

Просмотров: 99

Скачиваний: 0

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

Таким

образом,

каждый

шаг

 

на

промежутке

А ,

х м ]

дает

исходные

данные

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y (тА + 1 ) = Y , ( T A

+

1 ) +

6Y, (т*+ 1 ),

 

 

 

для

продолжения

решения

на

промежуток [тА + 1 ,

т Л + 2 ] .

 

Статистическое оценивание неизвестных параметров функции

интенсивности

входного

воздействия.

Входное воздействие

W (i)>

представляет

собой

белый

шум.

Поэтому случайный

процесс

 

 

 

 

 

 

W

j

 

W (s) ds

 

 

(V.8)

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

имеет независимые

приращения.

 

 

 

 

 

Зададим

аналитическую

структуру функции

интенсивности

Q,- (/)

процесса

(- (t),

являющейся

компонентой

вектора

Q (t).

Пусть аналитическая структура функции интенсивности опреде­

ляется формулой

 

 

 

 

 

 

 

<?/(')=[£

alkf +

Q0i,

 

(V.9)

 

 

U = i

 

 

 

 

 

где

alk(k=l,

р) — неизвестные

параметры;

(\ш1

= (ап, . . .,

aip)\.

Q0i

— значение функции интенсивности

при

t =

0.

(/),

 

Процесс

Wi (t) является i-ой

компонентой

процесса W

имеет независимые приращения. В^силу того, что математическое ожидание процесса W (/) равно нулю, математическое ожидание процесса \V (t) также равно нулю'. Корреляционная функция про­ цесса W(t) неизвестна, ее аналитическая структура определяется формулой (V.9). Для процесса W{ (I) имеется массив статисти­ ческих данных Rw. Таким образом, задача априорного уточ­ нения функции интенсивности QL (t) свелась к задаче статисти­

ческого

оценивания

корреляционной

функции Ки>ш (ti, ^2) про­

цесса Wc

{t). Данная

задача решена

в п. 8.

Статистическое оценивание параметров функции интенсив­ ности Qi (t) с применением неравенства Чебышева приводит к обра­ зованию статистик (11.37)

Z l .(0) = ^,.(0),

(V. 10>

(/ = 1, m),

где моменты времени t-t удовлетворяют неравенству (11.34). Затем составляют статистики (11.38), с помощью которых:

следует образовать функционал У2 . согласно формуле (11.42). Определим минимальное значение функционала У 2 относительно параметров q(-.

142


Зададим допустимую точность оценивания параметров функции интесивности, например, величиной е.

Если

m i n V 2 < e ,

(V.11)

тогда наилучшими оценками в смысле среднего квадратического будут те значения, принимаемые параметрами функции интенсив­ ности, при которых функционал V2 достигает своего минимума.

Если

m i n V 2 ^ e ,

(V.12)

тогда для уточнения априорных .значений параметров,

входящих

в функцию интенсивности, следует увеличить время измерения процесса W,- (t) с тем, чтобы увеличить массив статистических

данных

Rw о

процессе

Wt

(t).

t

 

Допустим, что для неизвестных параметров qt функции интен­

сивности

Qf (i)

известно

конечное

дискретное множество значе­

ний 1\, такое, что qwl 6

Г(..

Тогда

для статистического

оценива­

ния неизвестных параметров

qJ)l следует использовать

метод ста­

тистической проверки гипотез. Для этого следует взять стати­ стики (V.10) и перейти к новым статистикам (11.45). Составим область принятия гипотезы (11.49), с помощью которой произве­ дем идентификацию параметров функции интенсивности.

Как метод оценивания, основанный на применении неравен­ ства Чебышева, так и метод статистической проверки гипотез являются аддитивными относительно результатов обработки мас­ сивов статистических данных R^.

В п. 8 для оценки неизвестных параметров, входящих в мо­ менты распределения процесса с независимыми приращениями, применялся метод максимального правдоподобия. В том случае, когда нет рекомендаций о" минимальном объеме массива стати­ стических данных, по которому производится уточнение неизве­ стных параметров, входящих в моменты распределения, для ста­ тистическою оценивания не следует применять метод максималь­ ного правдоподобия, так как этот метод не обладает свойством аддитивности относительно массивов статистических данных Использование метода составных решений (см. п. 5) связано с ре­ шением дополнительных алгоритмов обработки массивов ста­ тистических данных, построенных на основании составных ре­ шений, относящихся к значениям неизвестных параметров функ­ ции интенсивности. В условиях выбора оптимального закона, управления дополнительная обработка данных связана с воз­ можными потерями в достижении минимума функционала (V.5):

Построение закона управления при статистическом оценивании неизвестных параметров функции интенсивности входного воздей­ ствия. Для того чтобы улучшить качество управления систе-

143.


мой (V.1), будем проводить последовательное уточнение неизве­ стных параметров qwi функции интенсивности Qt- (t) по мере по­ ступления массива статистических данных R^.

При оценивании функции интенсивности с помощью неравен­ ства Чебышева введем в память ЦВМ убывающую последователь­ ность

е ы > . . .

Здесь 8дотвечает допустимой точности, с которой оценивается параметр <7(- на /-м шаге уточнения.

Приближенная оценка величины минимального объема ста­ тистических данных R^,, начиная с которого следует уточнять априорное значение Q 0 (<), может быть получена следующим обра­ зом.

Исходя из канонического разложения (1.22) для процесса Wt (t) определим величину e n l (t) ошибки аппроксимации разложения •{1.22) конечной суммой, содержащей пх членов разложения

 

 

 

 

«.

 

t

 

' "

 

 

 

Wi(t) =

Wi(0)+%xv\cfv(s)dii(s),

 

t£T,.

(V.13)

 

 

 

 

v=l

О

 

 

 

 

где

[х. (s) — MWli

(s);

xv

— ортонормированные случайные

ве­

личины, имеющие

нормальный

закон

распределения; cpv (s) —

любая ортонормированная

на

Т

система

функций; MWQI

(s)

с

априорное значение момента.

 

 

 

 

 

 

 

Величину Е п 1 (t)

определим

из условия

 

 

 

 

*m

(t) < е п 1

(Г)

< 8 0 ,

 

 

тде

е 0 — допустимое значение

величины

ошибки.

значе­

 

С помощью датчика случайных

чисел получим в ЦВМ

ние реализации W( (t). Аналогично статистике (IV.32), составим •статистику

где величины zt (tk)

определяются формулой

(V. 10).

г степе­

Статистика (V. 14)

имеет распределение хи-квадрат с

нями свободы.

 

 

 

Задав величины р\ равные, например, 0,20;

0,10; 0,05,

исполь­

зуя неравенство (IV.33), определим то значение г, при котором имеет место неравенство (IV.33). Тогда величина минимального объема статистических данных Rw, начиная с которого следует уточнять априорные данные, должна иметь массив статистических

данных, в который входят г + 1 значений

процесса Wt (t).

На отрезке времени, равном

[0,

tr_x],

используется априор­

ное значение функции интенсивности

процесса Wt (f), равное Q0i.

После момента времени, равного

tr_x,

происходит уточнение функ-

,144


ции интенсивности при величине допустимой ошибки г п , опреде­ ляемой неравенством (V.11).

Выбор следующего момента времени, начиная с которого производится новое уточнение функции интенсивности, осуще­ ствляется аналогично выбору момента времени tr_x. Для этого достаточно составить статистику (V. 14). Первые г членов стати­ стики (V.14) следует взять исходя из реализации процесса Wt (t), значения которой получены в результате измерений процесса W; (i) во время работы системы управления на отрезке времени,

равном [0, ir_x].

Остальные значения следует получить исходя

из реализации

процесса W,- (t), полученного "в ЦВМ с помощью

канонического разложения процесса (V.13) с использованием

датчика случайных

чисел.

 

 

 

 

В

каноническом

разложении в

качестве

функции

ц (s)

=

=.M.W)

(s) следует

взять уточненное

значение

момента

MW)

(s).

Выбор минимального массива статистических данных, начиная с которого следует уточнять априорные данные функции интен­ сивности Q(- (t), лучше произвести на стадии проектирования си­ стемы управления. Однако выбор может быть проведен и во время работы системы управления. Обоснованный выбор моментов уточ­ нения приводит к экономии машинного времени, сохраняя при

этом требуемую точность решения задачи управления.

 

 

Таким образом, на каждом шаге к,

хм]

решения задачи (V.1)

известно решение dk,

отнесенное

к уточнению

априорного

зна­

чения Q 0 . При этом оценивание неизвестных параметров функции

интенсивности на промежутке к,

хк+1]

проводится по значениям

неизвестных параметров функции

интенсивности

Q (t),

получен­

ным при оценивании

корреляционной

функции

процесса

W (t)

на промежутке времени, равном [0, хк].

Особенность в управлении

динамической системой, описываемой

уравнением (V. 1),

состоит

в том, что минимизация функционала (V.5) заменяется величиной минимума от условных математических ожиданий

 

/

= rainM

+

^

m i n М

Tft+i

, (V.15)

 

\f0dr\ dk

где

M J

f0dT\dQ l означает

условное

математическое

ожидание

при условии, что на интервале времени

[0, т х

] в качестве функции

Q (t)

взято

априорное значение

Q 0 ;

М

I

 

 

J

f0dx\dk

условное

 

 

 

 

 

 

Ч

 

 

математическое ожидание, вычисленное при условии, что на ин­ тервале \xk, хк+1]\ в качестве параметров функции интенсивности взяты те значения, которые определяются решением dk, приня-

10 л. т. тарушкина

145


тым на основании обработки массива

статистических данных R^,

на интервале времени,

равном

[0, т А ] .

Из формулы (V. 15)

следует,

что

MI ^ /.

Действительно, так как математическое ожидание от условного математического ожидания равно безусловному математическому ожиданию, то из формулы (V.15) получаем

MI = m i n / И | / „ dx - f m i n М J /„ dx.

Статистическое оценивание функции интенсивности помехи, входящей в уравнение наблюдаемых координат. Представим оценку

фазовых

координат системы

(V.1)

в виде

 

Y(*) =

Y(0 +

AY ( 0 ,

 

где Y (/) истинное

значение фазовых

координат; AY (/) —

ошибка в определении фазовых координат.

Будем

предполагать

следующее.

собой

белый шум, т. е. явля­

1. Ошибка AY (i)

представляет

ется процессом с нормальным законом распределения, незави­ симыми компонентами, нулевым математическим ожиданием и корреляционной матрицей

M A Y (/) AY {s) = S(t)8(l — s),

где S (t) — функция интенсивности, содержащая неизвестные па­ раметры.

2. Процессы AY (t), V (/) независимы.

Уравнение наблюдаемых координат представим в виде

X

(0 = h (0) -|- h' (£) [У (I) - AY (/)] !- V (0,

(V. 16)

используя разложение в ряд Маклорена функции

h (Y), 0

=ss; | =^ Т.

В соотношении (V.16) h ' (|) является неизвестной постоянной.

Соотношение

(V. 1-6) запишем

в виде

 

 

X (0 - h' Ш Y (0 -

h (0) = V (0 - h' (I)

AY (*).

 

Обозначим

через V {t) процесс

 

 

 

V(0 = V ( 0 - h ' ( g ) A Y ( / ) .

 

 

Процесс V (/) представляет собой белый шум, т. е. является процессом с нормальным законом распределения, независимыми компонентами, нулевым математическим ожиданием и корреля­ ционной матрицей

 

MV(t)V(s)

= [R(i)

+ h'm)S(t)]6(t-s).

(V.17)

Зададим

аналитическую

структуру функции

интенсив­

ности S (t),

используя,

например, аналитический

вид, опреде-

146