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: 101

Скачиваний: 0

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

4. Если mei (Т)

< 0 ,

 

г

 

 

}|В(Т, 8)Ь(8)\й8 +

иг(Т)>0,

тогда оптимальных управлений существует бесконечное мно­

жество;

возьмем,

например,

управление

 

 

 

 

 

« (0 = - s i g n В (Г, о 6 (0,

<€10,

Л

 

для £ £

 

Г1 движение системы является автономным, и (t) = 0.

Здесь

Т*

есть

наименьшее значение

t, при

котором

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\В\(Т,

s)b(s)\ds

+ myl(T)

=

0.

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Если пгу1 (Т) = 0, тогда движение объекта является авто­

номным

для

[0,

Т],

т. е.

и

(t) = 0.

 

 

 

Пусть теперь

с ъ

с 2

любые

числа,

тогда

вероятность

(V.35)

будет максимальна,

если

минимальным

будет

интеграл

 

 

 

т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(V.37)

 

 

J В (Т, s) х (s) и (s) -

m , (s)] ds -

i * ± ^

Введем функцию

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

туг (Т) =

(Т,

s) mx (s) ds +

 

.

 

Тогда определение минимального значения интеграла (V.37) аналогично определению минимального значения интеграла (V.36).

Управление системой при оценивании моментов распределения входного воздействия. За время работы системы управления,

равное

Т, в

ЦВМ

образуется

массив статистических

данных

Rx = IX

(t0),

X (tj),

. . ., X (tm)],

с помощью которого

следует

произвести статистическое оценивание неизвестных параметров,

входящих в моменты распределения mx (t),

Кх

h)-

 

Если X (t) — стационарный случайный

процесс,

обладающий

свойством

эргодичности,

тогда, применяя

методы,

изложенные

в п. 6, определим по массиву Rx

неизвестные

параметры,

входя­

щие

в

моменты

распределения

 

MX

(t)

=

тх,

Кх (t^ t2) —

— Кх

( ^ i — t2). Если X

(t) — процесс с независимыми

прираще­

ниями, тогда, используя

результаты

п. 8 по массиву Rx,

определим

неизвестные

параметры,

входящие

в

моменты распределения

MX

(f) =

тх

(t),

Кх

t2) = Кх

(min (tu

t2),

m i n (tlt

t2)).

Если

X (t) — мартингал с нормальным законом распределения и раз­ ности процесса X (tt) — X (t^) нормально распределены, тогда процесс X (f) имеет независимые приращения и для оценивания моментов тх (t), Кх {h> h) следует использовать методы п.' 8.

166


Оптимальный закон управления системой (V.29) зависит только от величины математического ожидания inx(l), t^T. Отсюда следует, что для оптимизации управления необходимо проводить оценивание неизвестных параметров только функции тх (t) для всех t£T. Знание корреляционной функции Кх (t1} /2 ) необ­ ходимо только для получения величины максимального значения функционала (V.31), поэтому достаточно оценить параметры функ­

ции 1{х

(tlt i2) только к моменту времени, равному

Т.

Для

последовательного оценивания неизвестных

параметров

функции тх (I) при заданной точности оценивания и выбранном

шаге

дискретности

необходимо

определить:

1)

минимальный объем данных

Rv , с которого следует начать

уточнение

неизвестных

параметров;

2)

моменты времени, в которые следует производить последо­

вательное

уточнение

неизвестных

параметров.^

Обозначим через

10,

7\] — 7\

отрезок времени, за которое

в ЦВМ образуется минимальный объем статистических данных для оценки параметров функции тх (t), через Tt {i — 1, п) — мо­ менты времени, в которые следует производить последовательное уточнение параметров. Заметим, что последовательное уточнение

неизвестных параметров в момент времени, равный Tlt

предпола­

гает обработку

массива статистических

данных

Rv , полученного

за отрезок

времени,

равный

[0,

Тс].

Моменты

времени удовлет­

воряют

неравенству

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о < г 1 < г 2 < . . . < г л ^ г .

 

 

 

Дадим определение моментов времени Т, (i

= 1, п)

в

зависи­

мости

от

свойств

процесса

x(t).

 

 

 

 

 

 

1.

Пусть X

(t)

стационарный процесс с нормальным законом

распределения,

обладающий

свойством

эргодичности.

 

 

Для выбора момента времени Тх

в ЦВМ вычислим

интегралы

 

 

 

 

 

 

г,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

?\x(t)

 

dt=%n,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

* о

 

 

 

 

 

 

(V.38)

 

 

 

 

 

 

Л

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X(t)dt=l12.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 т

 

 

 

 

 

 

 

В

качестве

статистических оценок

для моментов

пгх,

Кх (0)

на отрезке

[0,

Тг]

возьмем

соответственно интегралы

 

 

 

 

 

 

 

± \ X(t)dt

=

mxU

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(V.39)

 

 

 

 

 

 

^\[X(t)-mxX]2dt

 

 

= vx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 n

 

 

 

 

 

 

 

157


Образуем

статистику

 

 

 

 

 

 

 

 

%2 =

- V

[(hi -

^.vi)2 + (Ы -

tnxi)2].

 

(V.40)

Поставим

гипотезу

Я х :

\ х х , | 1 2 — н е з а в и с и м ы .

Если

гипо­

теза Нх

верна, то

статистики

(V.40) имеют

распределение хи-

квадрат с одной степенью свободы. Зададим

число р : , характе­

ризующее

уровень

значимости

гипотезы

Нх.

Определим

число

Тх таким, чтобы гипотеза

Нх

была верна.

Такое Тх

всегда

най­

дется, однако при этом для задачи управления следует наложить

дополнительное

ограничение

ТХ<^Т.

Выбирать значение р\

следует таким,

при котором ограничение имеет место. Дан­

ное значение Тх

соответствует

тому

моменту времени, начиная

с которого следует уточнять значение математического ожидания rnx(t).

Для определения момента времени Т.,, характеризующего последующее уточнение, поступим следующим образом. Подста­

вим значение

Г 2 вместо Г л в интегралы (V.38),

(V.39), затем

со­

ставим

статистику (V.40). Поставим гипотезу

Я 2

: случайные

ве­

личины ё 2 1 ,

£ 2 2 — независимы, где

£ 2 1 , | 2 2

соответствуют

зна­

чениям

полученным по формуле (V.38) путем замены Тх на

Т2.

Зададим число р\, характеризующее уровень значимости ги­

потезы

Но. Выберем такое число Г 2 ,

при котором гипотеза

Я 2

верна

и выполняется ограничение ТХ<СТ2<СТ.

 

Определенное

таким

образом значение Т2 соответствует следующему после

Тх

моменту уточнения значения математического

ожидания MX

(I).

Указанная процедура выбора значения Т{ (i = 1,/г) продол­ жается до тех пор, пока либо число (3,-, характеризующее уровень значимости гипотезы Я,-, будет меньше некоторой заданной за­ ранее величины, либо уточнение будет закончено ввиду оконча­ ния процесса управления системой (V.29).

Деление отрезка [О, Тх] на две части при построении формул (V.38) несущественно. Однако число дроблений, равное двум, дает минимальный объем статистических данных, по которым следует проводить уточнение математического ожидания MX (t). Если значение корреляционной функции известно, тогда вместо статистики ах\ в формуле (V.40) следует взять значение Кх (0).

Данный способ определения минимального объема массива статистических данных не использует априорных знаний момен­ тов распределения.

2. Пусть X (t) либо стационарный процесс, либо процесс с не­ зависимыми приращениями. Тогда, используя априорные зна­ чения моментов распределения, согласно способу, изложенному в п. 21, 'определим минимальный объем статистических данных,, начиная с которого следует проводить оценивание моментов рас­ пределения - процесса X (t).

158


Пример.

Рассмотрим объект

управления, описываемый урав­

нением (V.29), в котором

X

(t)

— измеряемое внешнее воздей­

ствие t 6 т.

 

 

 

 

Известно,

что процесс X

(t)

является стационарным, обладаю­

щим свойством эргодичности, и имеет неотрицательное математи­ ческое значение тх > 0, величина которого известна, и неизве­ стную корреляционную функцию Кх (т), аналитическая струк­

тура

которой

определяется

соотношением вида

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ст-е

 

 

 

 

 

где

а,,

а—неизвестные

параметры.

 

 

 

 

 

 

Будем предполагать, что X (i) — измеряемая координата си­

стемы

 

управления.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Требуется построить управление и (t) так, чтобы максимизи­

ровать

вероятность (V.31).

 

 

 

 

 

 

 

 

Для решения поставленной задачи воспользуемся результа­

тами, изложенными в п. 6. Тогда за промежуток времени

[0, Tt

] =

=

Т,-

получим

следующие

оценки

соответственно

для

параметров

о,,

а,:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a?

=

--LJ

X\t)dt,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(V.41)

 

 

 

 

а,-

2п

 

(0)

 

 

 

 

 

 

 

 

V

ми2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т:

 

 

Здесь

 

/ ( ! (0) =

i _ J [X (i) -

/и,]2 dt,

М\х"2

(t) =

±

\ X2

(t) dt.

Предположим, что оценки (V.41), полученные на основании обработки статистических данных о процессе X (t), за время ра­ боты системы управления, равное Tt, таковы, что имеют место условия

т

 

\В(Т,

s)mxdsF=m!/1(T)>0,

о

 

г

 

\\В(Т,

s)b(s)\ds-m!/1(T)>0,

о

 

тогда на промежутке времени [Tt, Tt+\] следует выбирать закон управления, равным

и (s) = sign В {Т, s) b (s).