Файл: Красовский, А. А. Фазовое пространство и статистическая теория динамических систем.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 23.10.2024
Просмотров: 108
Скачиваний: 0
§ 3.3] ДИ Н А М И К А Л И Н Е Й Н Ы Х С ТОХАС ТИЧЕСКИ Х СИСТЕМ 123
под воздействием аддитивных белых шумов. Так и должно быть, так как нижняя группа уравнений (3.66), по су ществу, автономна. Очевидно, что при нормальном цент ральном начальном распределении текущее распределение для параметрических координат является нормальным цен тральным, а установившееся распределение для этих координат всегда нормально. Поэтому уравнения (3.70) для коэффициентов данной группы сводятся к уравнениям
'Tii', кк' |
2 |
(Ррр', |
И' А р р \ кк’ "I" ®рр', кк '^р р ', Ц') |
|
|
||||
|
Р, Р’ |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
2 |
^РР', QQ'^PP', »»' Aqq’, |
кк' — 0» |
||
|
|
|
|
|
Р, Р'. Я, Я' |
|
|
|
|
или |
|
|
|
i, V, к, к' = |
1,2,..., п, |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
■ A-ii', кк' |
2 |
(®PP't ii’A p p ’, кк' “Ь ®рр', кк’А рр', |
и') |
|
|||||
|
|
Р. Р’=X |
п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
Зрр 'яя'А рр ’, it' |
^ я я \ кк' |
= |
|
|
|
п |
|
р,р’, я, <з'=1 |
|
п |
|
|
|
|
= |
2 |
Spo, Ijo^po,ii'AqO, кк’ -р 2 2 |
Spo, ЯЯ'АрО, ii'Aqq', кк'• |
||||||
|
P, q= l |
|
|
|
|
P, Я. Ч'=1 |
|
(3.74) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Если |
^4p0lii' |
= 0, |
что, |
как |
увидим |
ниже, |
имеет |
место, |
то система уравнений (3.74) замкнута, при переходе к обратной матрице || к(г<|-1 (корреляционной матрице) становится линейной и решается обычным способом (см.
формулу (2.32)). |
(i, V, к, к' = 1, |
Таким образом, коэффициенты А и>, |
|
2, . . ., п) будем считать определенными. |
коэффициентов |
Перейдем к рассмотрению уравнений |
первой группы, соответствующих членам с основными координатами xi0. Для этой группы уравнений
Дрр', кк' = арр', io, ко ~ 0»
и опять уравнения (3.70) ничем не отличаются от анало гичных уравнений для линейной системы, находящейся под воздействием аддитивных шумов. Решение есте ственно искать в виде коэффициентов нормального
124 |
Р Е Ш Е Н И Е Ф П К - У Р А В Н Е Н И Я МЕТОДОМ Р Я Д О В [ГЛ. I I I |
центрального распределения. Уравнения (3.70) при этом сводятся к уравнениям вида
П
А{0, но— 2 (аро, гоАро, ко + аро, коАро, i0) —
р=1 |
|
|
2 |
*^рр', Hi' App',ioAqq', ко ^ |
(3.75) |
р, р', д, д' |
|
|
i,k = |
1,2,..., п. |
|
При уже использовавшемся предположении, что Арр’,ю = 0 при р' > 0, система уравнений (3.75) замкнута и обыч
ным простым способом позволяет определить корреля ционную матрицу
1 M io,fto|= 1 io,АО11
или матрицу коэффициентов ||xli0>h0||. Основную труд ность составляет определение коэффициентов третье! группы, соответствующих произведениям как основных координат xin, так и параметров xih, к > 0. Уравнения
(3.70), соответствующие этим коэффициентам:
-‘iio, кк' |
2 |
®ро, гоАро, кк' — 2 |
®рр', кк’Арр’,ю |
|
|||||
|
р—1 |
|
|
|
Р, р '=1 |
|
|
||
2 |
Spp’ qq' (3App’tqq'.io,(ck'-t- |
App', ioAqq’,kk’) = |
0, |
||||||
p.p'. g, g' |
|
|
|
|
|
|
|
||
A io ,kk ’,ll' |
2 |
®P0, igApo, kk', W |
2 |
®pp’, k/1' X |
|
||||
|
|
P= 1 |
n |
|
p. P'=I |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
X |
App>t |
ц/ |
2 |
®pp', il’App', to, kk' |
|
||||
|
|
|
|
P i p '= l |
|
|
|
|
|
2 |
(®pp', io, kk'App', 11' -(- врр'.го, ll'App', kk' + |
|
|||||||
p, 'p |
|
|
|
|
|
|
(3.76) |
||
"f" йрр', kk’, |
Il’A p p i0) |
^ |
Sp p ', qq’ X |
||||||
|
|||||||||
|
|
|
|
|
p, p‘, g, g' |
|
|
||
X (6A p p ’t qqlt j0j |
ij>-J- |
З Л д д ', |
io, kk', Il’A p p ' -f- |
|
|||||
+ -^-pp'.io,kk’A qq’, u>-f-A p p ’t {0'H>Aqq',k k ’ + |
|
||||||||
|
|
|
|
|
■f" Aqq’, kk’, ll'App’, io) = |
0, |
§ 3.3] ДИ Н А М И К А Л И Н Е Й Н Ы Х СТОХ А С ТИ ЧЕСКИ Х СИСТЕМ 125
^ 10, ко, W |
2 |
°Р0, ioApo, ко, И' — |
2 аР°’ ЬоАрО, »0, IV |
|||
|
Р=1 |
|
|
|
Р=1 |
|
2 |
^рр', ll’A pp’, io, ко |
2 |
(арр’, io, коАрр't w |
"Ь |
||
р, р'=1 |
|
|
|
р, р' |
|
|
“Н ®р р ', >о. И'Арр', ко "Ь Q-pp', ко, Ч’А р р >, ,0) — |
( 3 , 7 6 ) |
|||||
|
2 |
^рр \ ЧЧ' |
(б-^рр', чч'. io, АО, Н' Ч~ |
|
||
|
Р. Р'. ч, ч' |
|
|
|
|
|
Ч” |
^ |
fco, ll'A p p ' |
-f- |
^4pp',io, koAqq', ll' 4~ |
|
|
|
4" A pp', io, ll’A qq\ ko Ч- |
A q q 't ко, ll'App',io) |
- 0 . |
Если спектральные плотности параметрических шумов равны нулю, а начальное распределение нормально, то текущее и установившееся распределения нормальны и Ё все старшие коэффициенты, начиная с третьего порядка,
:равны нулю. Считая спектральные плотности параметри ческих шумов достаточно малыми, будем определять ло гарифмическую плотность распределения с точностью до кубических членов, т. е. будем полагать
А ц ’, кк’, И’, тт’ — А ц \ idc', Ц', тт', //' — • • • — 0 . ( 3 . 7 7 )
В соответствии с |
этим |
первая |
группа уравнений |
( 3 , 7 6 ) |
|
запишется в виде |
|
п |
|
|
|
|
п |
|
|
|
|
■^го, кк* ~- 2 ®р0,г0-^р0, кк’ ■— 2 |
а рр \ кк'Арр' , го |
|
|||
|
p = i |
|
V, Р '= 1 |
|
|
|
— |
2 |
S p p ’, qq'App ', ioAqq' , кк' — |
( 3 . 7 8 ) |
|
|
|
Р, Р', ч, ч’ |
|
|
|
Если параметрические |
и аддитивные шумы независимы, |
||||
т. е. при |
q' > 0 |
S p о, qq' = |
|
|
|
|
|
о , |
( 3 . 7 9 ) |
||
то эти уравнения можно представить так: |
|
||||
Аго, кк' — |
2 a pO,ioApo, кк' |
2 аРР’, кк 'А р р>, *0 |
|
||
|
Р = 1 |
|
р, р'=1 |
|
|
— 2 |
Spp', qq'App’,ioAqq’, кк' |
2 “^РО, ЧО-^РО,10^40, кк' — 9. |
|||
р, Р'» 1» l'= l |
|
|
Р. 1=1 |
|
(3.80)
126 |
Р Е Ш Е Н И Е Ф П К - У Р А В Н Е Н И Я МЕТОДОМ Р Я Д О В |
[ГЛ. I II |
|
Эти уравнения имеют нулевое решение |
|
||
|
Aio,hh’ = |
i, к, к = 1, 2, . . п, |
(3.81) |
использованное |
в |
предыдущем |
рассмотрении. |
Нулевое |
решение |
|
|
|
|
Aio,hk',u’ = |
0, |
г, к, I, к', |
V = 1, 2, . . ., |
п, (3.82) |
имеет и вторая группа уравнений (3.76), которую с уче том соотношений (3.77), (3.79), (3.81), (3.69) можно пред
ставить |
в виде |
|
|
|
A io ,k k ’,ll' |
2 flP0, io^po, кк’, IV — |
2 |
аРР’, к к '^ р р ’, io, IV — |
|
|
Р=1 |
р, р '= 1 |
||
п |
|
п |
|
|
2 ®РР', Н’Арр', го, кк' |
2 |
^РР’, qq'{App’,io,kk’A qq’, П'Ч~ |
||
Р, Р '= 1 |
|
Р, р', (1, q’—l |
|
|
|
|
|
п |
|
Ч~ 4 р р ', го, ll'Aqq', |
кк') |
2 |
^ро, QO-^ijO, /С/t'. Н '^ро, 10 ~ О- |
|
|
|
V . |
а = 1 |
|
Остается третья группа уравнений (3.76), которая с уче том (3.77), (3.79), (3.81), (3.82) принимает вид
•'iio, ко, IV |
2 (аР0, го^ро, ко, V |
Ч~ арО, ko-'lpo, го, II') ■ |
|||
|
р = 1 |
|
|
|
|
|
п |
|
|
|
2 (а Р0, го, И'-Чро, ко Ч" |
|
2 |
®рр', И'А РР', го, ко |
|||
|
р, р'=1 |
|
|
|
Р=1 |
Ч- Яро, ко, И'-ЧрО, го) |
2 |
|
^Р Р \ ЗЗ'^РР', гО, ko-^qq’, IV |
||
п |
|
|
Р .Р ',3 , в'=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
— 2 ^POigO х |
(-ЧрО,го, U ' A q O , |
ко Ч- A q0, ко, 1Г-ЧрО,го) — 0, (3 .8 3 ) |
|||
Р, 3=1 |
|
|
|
|
|
|
|
г, |
А:, I, V = |
1, |
2, ..., /г. |
Заметим, что уравнения (3.83) являются линейными от
носительно искомых |
величин |
-4*0>feo» |
iv- |
Величины |
||
4po,fto. ^ ззМ!'Ср > |
7> |
= |
1. 2, |
. . ., |
и), |
весьма |
просто определяемые описанным выше способом, |
в урав |
нениях (3.83) следует считать заданными. Подводя итог
§ 3.3] ДИ Н А М И К А Л И Н Е Й Н Ы Х СТОХ А С ТИ ЧЕСКИ Х СИСТЕМ 127
изложенному, заключаем, что логарифмическая плот ность вероятности в фазовом пространстве системы (З.С8), определенная с точностью до кубических членов при нор мальных центральных начальных распределениях основ ных координат и параметров x it- (V > 0) и независимости
аддитивных шумов от параметрических шумов, равна
In р = |
Л0+ |
-к- 2 ^»0, fcO^iO^KO4" ~2 |
2 |
kk' Х xii’xkk' 4* |
||
|
|
й i, k=l |
п |
г, г', k, k’= 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 о- |
2 |
Аг0, ко, |
• |
(3.84) |
|
|
|
г, к, I, Г=1 |
|
|
|
Здесь |
4 i0>fe0 — коэффициенты распределения в стацио |
|||||
нарной (только с аддитивными шумами) |
системе, |
опре |
||||
деляемые |
уравнениями |
(3.75); |
Ац-ук^ |
(i, i', к, |
к' = |
|
= 1 , 2 , . . . , |
п) — коэффициенты распределения параметров |
(см. уравнения (3.74)).
Нас интересует распределение основных координат. Оно получается интегрированием совместного распреде ления по пространству параметров
Рх ~ ^ |
00 |
|
П |
|
|
|
^ ехР [А о4— 2 ~ 2 |
Aio, |
охко 4" |
||||
|
|
|
г, /г=1 |
|
|
|
4“~п~ |
2 |
Aii’, kk'xii’xkk’ 4---о" |
2 |
Aio,kO,ll'xiOxkOxll') X |
||
г, г', к, к'=1 |
|
|
i, к, I,1'=1 |
|
||
|
'X.dx^ ... dxnn — схехр (тг |
2 ^io, |
X |
|||
|
|
|
|
|
г, к = 1 |
|
|
|
|
п |
п |
|
|
|
X ^ . . . (ехр (— |
2 |
xw 2 |
Aio, ко, ii'^iAo + |
||
|
_« |
J |
l, i'=l |
i, (£=1 |
|
|
|
|
|
|
T( |
|
|
|
|
4 |
O- |
2 |
AH’, kk‘xii'xkk'j dx-y\. • • dx. |
i, i', k, k'=l
Обозначим, как и ранее, корреляционную матрицу пара метров, обратную матрице коэффициентов распределения параметров | ^444>|кЛ*||, через — М:
- M = - \ M Wtkr\ = \A v. --и-1 |
ij i , к, к — 1 , 2 , . . . , ft. |
Mr, кк’ I! |