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

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

§ 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, '=1

 

п

 

 

 

=

2

Spo, Ijo^po,ii'AqO, кк’ 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 ~

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

р, р'=1

 

 

 

р, р'

 

 

“Н ®р р ', >о. И'Арр', ко 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!