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: 92

Скачиваний: 0

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

164

РА В Н О В ЕС Н Ы Е Р А С П Р Е Д Е Л Е Н И Я в СИСТЕМАХ 1гл. IV

 

 

 

 

 

 

л —1

п

 

2 ®i

~Y 2

 

 

+

2

{ 2 °{ [aiV — aKain+

 

 

п

 

 

p{ l —а*^)]]х к

 

 

+4" 2 S i p

( A

=

 

 

р=I

 

 

 

 

 

 

2

a i (a i2) +

 

2

SikA^\ +

(4.16)

 

 

 

 

1= 1

V

 

 

k = l

'

 

 

+

2

{ 2

a i [

a fc«in +

 

 

 

Jc=l 4=1

 

L

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

+

2

S ip (-^pfr — afc-4pn) J x k-

 

 

 

 

 

P=1

 

 

Координаты Xi, . .

x„_x на гиперплоскости являются не

зависимыми, и из соотношений (4.16) следует:

4*> =

4 2),

 

 

 

 

 

 

1

А1? — М (п1} = 4 2) — щА(п \

 

 

I

4 * — aл4 п — сц4& +

 

 

=

j

 

 

=

4 k

а * 4 п - сцА\п +

щакА(п1, J

Соотношения (4.18) в совокупности с соотношениями (4.13), где v = 1, 2, являются условиями существования кусоч­ но-нормального равновесного распределения в рассма­


4.1)

РА В Н О В Е С Н Ы Е Р А С П Р Е Д Е Л Е Н И Я В СИСТЕМАХ

165

триваемой системе с кусочно-линейными характеристи­ ками.

Прежде всего необходимо проанализировать совме­ стимость этих условий. Спектральные плотности шумов будем считать заданными, а коэффициенты уравнений а^\ а(Р, ckiH, <4к, коэффициенты гиперплоскости пере­ ключений ах, . . ., a„-i и коэффициенты распределений А ^ \ А {?, А (и?, А (Ц} — подчиненными только условиям

существования (4.13), (4.18). Общее число этих параме­

тров без учета симметрии А $ = А $

равно

 

 

 

 

2ге

+ 2ге8 +

ге

— 1 +

2ге +

2и2 — 4re2 -f- 5п — 1.

 

Между

тем общее

число

уравнений

(4.13)

(v

=

1, 2)

и

(4.18) равно

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 + 2ге + 2пг +

(ге - 1) +

(ге -

I)2 +

(ге -

1)

=

 

 

 

 

 

 

 

 

= Зге2 +

2ге +

1.

Таким образом, при любом порядке исходной системы число параметров больше числа уравнений (4.13), (4.18) и есть надежда удовлетворить условиям существования равновесного кусочно-нормального распределения. Более того, логично предположить, что за счет оставшейся сво­ боды выбора параметров можно придать равновесному кусочно-нормальному распределению желаемые характе­ ристики.

Для получения условий существования в явной форме, т. е. в форме соотношений между коэффициентами урав­ нений и коэффициентами гиперплоскости переключений, целесообразно поступать следующим образом. Находится решение нижней группы уравнений (4.13). Для этого решается сначала система линейных уравнений вторых моментов

П

2

+ < M $ ) = S ik, i, к = 1, 2, ..., re, (4.19)

р= 1

идалее коэффициенты A ih определяются как элементы

обратной матрицы моментов, взятой со знаком минус:

 

м ,кг

(4.20)

4 2 =

(v)

 

"ЙМ


166

РА В Н О В ЕС Н Ы Е РА С П Р Е Д Е Л Е Н И Я В СИСТЕМАХ [ГЛ . IV

где

— алгебраическое дополнение элемента к-й стро­

ки, г-го столбца определителя | М ${ |. После определения коэффициентов А йони подставляю тся во вторую (среднюю) группу уравнений (4.13), линейных относительно Ар

2

Ш

+ 2

SpqA ^

=

- 2 а ^ 4 1 ,

(4.21)

Р=1 '

9=1

'

 

Р=1

 

 

 

i

= 1, 2,

. . .,

п.

 

Решая эти уравнения, определяем

Верхнее уравне­

ние (4.13)

после подстановки найденных А {$ , А ^

должно

обращаться в тождество. Подставляя полученные выраже­

ния для ^4|v), Аы в уравнения (4.18), получаем условия

существования в явной форме.

Целесообразно рассмотреть условия существования ку­ сочно-нормального равновесного распределения отдельно для релейных систем и систем с переменной структурой.

Под релейными системами здесь понимаются системы, описываемые уравнениями (4.5). У этих систем коэффи-

циенты

(v)

 

ant = aih одинаковы в полупространствах, а вели­

чины

различны для рассматриваемых полупространств.

Из третьей группы уравнений (4.13) или соотношений

(4.19),

(4.20)

видно, что в данном случае коэффициенты

А $ — A ik

одинаковы для обоих полупространств и

вторая и четвертая группы условий существования (4.18)

удовлетворяется тождественно.

Таким

образом, для ре­

лейных систем условия существования

кусочно-нормаль­

ного равновесного

распредения

принимают вид

2

i^ip^PH ~t~ ®/cP^Pi) — S[^,

 

 

J>=1

 

Л1

 

 

 

.

 

MK

 

 

 

M к

'w«l

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ( a Pi “Ь2 Sp<lA qi \ A ®*——2 a ^ A p i ,

(4.22)

P=1

 

9=1

P=1

 

 

 

 

n

П

 

 

2

\aVi +

2 З-РЯ-Адг) A $ — — 2 aP^Api,

 

p= 1 '

9=1

P=1

 

 

i , k = 1, 2 , . . . , n,


§ 4.1]

РА В Н О В ЕС Н Ы Е РА С П Р Е Д Е Л Е Н И Я В СИСТЕМАХ

167

 

 

л ^ — M l4 = 4 2) — M n \

2

ар (арг) + 4 “ S

‘SpHe0) =

 

p = l

'

g—1

n

 

n

[ (4.22)

 

 

 

 

 

 

 

P=1

'

9=1

1

 

 

i =

1, 2, ... ,ra— 1.

 

 

Иную форму условия существования имеют для систем

с переменной структурой

 

(СПС) вида (4.4), у которых

a|v)

= 0. Из выражений (4.21) видно, что для таких систем,

вообще

говоря, Лр* = 0,

т.

е. равновесное

кусочно-нор­

мальное распределение для СПС является центральным. Первая и третья группы условий (4.18) при этом удовле­ творяются тождественно и условия существования ку­ сочно-нормального равновесного распределения для СПС

с одной гиперплоскостью

переключения

имеют вид

П

 

 

+ < м§) = sa,

 

S

 

 

 

р=»1

 

 

 

 

 

 

п

 

Л*/

I

 

 

 

 

 

— ‘S’Hr»

 

Р =1

 

рк

“Т

 

 

м и

 

м,ы

 

ла>=-

А V =

 

 

(1)

( 2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МУ Г

 

1 М У Г

 

 

 

 

 

i,k = 1,2,... ,п,

(4.23)

МУ — а кА $

— а, Л (сп + сцакЛ<& =

 

п

 

 

=

Л|й— акЛ{п — сцЛto + а4акЛпп,

 

 

 

п

 

 

S °9

L

a kaqn + ~2~ S

Spq (Лрк — а,7сл рп,

 

Л .1

 

 

m .

 

 

9=1

 

 

 

Р =1

г>1

 

 

 

 

 

 

 

— 2®9 Г®9Л — &ka qn Н---2 ^Р? (ЛрЛ — а/сЛрп)1 ,

9=1

 

L

 

р =1

1

г, к = 1 , 2 , . . . , п.

В качестве конкретных примеров рассмотрим релей­ ную систему и СПС второго порядка.


168

РА В Н О В ЕС Н Ы Е РА С П Р Е Д Е Л Е Н И Я В СИСТЕМАХ

[ГЛ .

IV

 

1. Релейная система второго порядка описывается

уравнениями

 

 

 

 

 

 

^1 Ч- а 11%1 Ч~ 0,1 2 X2 =

-- tt]1^ Ч~ Sl>

 

 

 

&2 Ч- ^21^1 Ч- ^22^1 =

— ^2

 

 

 

при а д + х2>

О,

4“ О ^ Х 2 —- ai^Ч- Si)

^

^

 

&1 Ч~

 

it2

&21^1 “Н^22^2 =

( 2 )

 

 

 

®2

 

 

 

п р и а хх ± 'h ^2 <С 0 .

 

]

 

 

(В целях упрощения выкладок выражение для шума введено здесь лишь в верхние уравнения.) Запишем условия существования (4.22) для данного случая. Урав­ нения моментов имеют вид

О ц М ц -(- ttl2^12 =”2“ 5ц,

® 2 т ^ н Ч- (® п Ч~ а гг) М 12 Ч" О1 2 М 2 2 = О,

(4.25)

02\М\2 Ч" О22М 22 — 0.

 

Решая эти уравнения и определяя A tk по формуле (4.20),

находим

 

Ац

<211 Ь Я22

__ __о (ац +

яга) Д22

 

Sn

 

S цЯ 21 ’

 

 

 

 

А22 — — 2

(яцягг Ч- “22— awa2i) («и + <

(4.26)

 

 

 

 

*Упа21

 

 

 

 

 

 

 

Уравнения для Лр1’, Ар}

(см. (4.22))

в

данном случав

имеют

вид

 

 

 

 

(ап Ч-

“^цЧц) Ч]Х) + 02iA ^

о(^ А 1Хa,2^Ai2,

(®12 Ч"

^ П ^ г )

Ч~ 0-22^ 2 ^ — — ®1 ^-<4l2

®2 ^ 2 2 »

(ап Ч” *^п^4ц) А ^ Ч-

 

 

(4.27)

— — Оъ*Ан а2^ 12»

(а 12 Ч~ ^ п ^ г г )

Ч-

а 2 ^ 22- ,

Подставляя сюда выражения (4.26) и решая (4.27) в пред­ положении Оца22 — а12а21 Ф 0, что соответствует преобра-