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
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 1Х— a,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-