23035

Моделювання динамічних систем з розподіленими параметрами при наявності спостережень за ними

Лекция

Экономическая теория и математическое моделирование

Відомі функції невідомі 6. Відомі функції невідомі 6. Відомі функції невідомі 6. Відомі функції невідомі 6.

Русский

2013-08-04

563 KB

1 чел.

51

 Стоян В.А.

Лекція 6. Моделювання динамічних систем з розподіленими параметрами при наявності спостережень за ними

6.1. Постановка задачі моделювання. Розглянуті вище постановки задач моделювання динаміки системи (1.1) дозволяють від диференціальної форми моделі перейти до інтегральної для випадку, коли система функціонує в замкнених просторово–часових областях, в необмежених часових та необмежених просторових областях. При цьому мається на увазі, що для цих задач задані початково-крайові, початкові та крайові умови відповідно. Тобто, задача динаміки описана з заданням всіх потрібних для її розв’язання умов.

Зауважимо, що на практиці не завжди є така повнота в постановці задачі – часто деякі умови, незважаючи на їх наявність, не доступні для вимірювання. Тут і виникають задачі моделювання дії невідомих зовнішньо-динамічних факторів (зовнішніх збурень, початкових та крайових умов). Розглянемо тому постановку та методи розв’язання таких задач.

Будемо виходити з того, що вектор-функція  стану системи задовольняє співвідношенням (1.1)-(1.4), а саме

     (6.1)

               (6.2)

           (6.3)

де всі позначення відповідають прийнятим в (1.1)-(1.4).

Розглянемо задачу динаміки системи (6.1)-(6.3) в обмеженій просторово–часовій області  за умови, що:

1. Відома функція  невідомі -           (6.4)

2. Відомі функції невідомі -           (6.5)

3. Відомі функції невідомі -           (6.6)

4. Відомі функції невідомі -           (6.7)

5. Відомі функції невідомі -           (6.8)

6. Відомі функції невідома -           (6.9)

Додатково спостереженню можуть бути доступними вектор-комбінації компонент вектор-функції стану  

        (6.10)

де - задані матричні диференціальні оператори.

Виникає природна задача: виходячи із спостережень (6.10) з врахуванням доступних для вимірювання зовнішньо-динамічних факторів (6.4)-(6.9) змоделювати дію невідомих зовнішньо-динамічних факторів (6.4)-(6.9) розглядуваних задач так, щоб:

1.  ;            (6.11)

2. ;           (6.12)

3. ;           (6.13)

4. ;            (6.14)

5. ;            (6.15)

6. ,           (6.16)

де

        (6.17)

Не розписуючи детально математичних постановок задач вкажемо, однак, що можливі випадки, коли відома частина зовнішньо-динамічних факторів таких  як початкові та крайові умови. Інша частина невідома і підлягає моделюванню. В загальному це виглядає так:

  1.  Відомі для         (6.18)

невідомі  для  

     2.   Відомі  для         (6.19)

 невідомі  

Можливий також випадок, коли спостереження (6.10) відсутнє.

 6.2.  Постановки задач моделювання в термінах матричних функцій та матричних векторів. Сформульовані вище задачі (6.11)-(6.16) схожі на розглядувані в попередніх лекціях задачі, які розв’язувалися з використанням апарату псевдообернених   матриць та матричних функцій і зводилися до задач знаходження вектора  або векторної функції  таких, щоб при заданій матриці С, матричних функціях вектора  та векторної функції

          (6.20)

         (6.21)

         (6.22)

Для приведення задач (6.11)-(6.16) до задач вигляду (6.20)-(6.22) зведемо їх спочатку до вигляду

        (6.23)

де в залежності від постановки задачі:

1.    

          (6.24)

 

2.

          (6.25)

 

3.

          (6.26)

 

4.

          (6.27)

 

5.

          (6.28)

 

6.

          (6.29)

Неважко бачити, що для задач (6.11)-(6.16) матрична функція  буде блочною і виражатиметься через матричні блоки-функції.

     (6.30)

в яких - матрична функція Гріна, а  при при при  співвідношеннями:

          (6.31)

6.3.  Дискретний варіант розв’язання задачі моделювання зовнішньо-динамічних факторів динаміки лінійних систем з розподіленими параметрами. Для зведення постановки задачі (6.23) до задачі (6.20), загальний розв’язок якої побудований та досліджений в п.3.5:

1) вектор-функції  дискретизуємо точками  відповідно, вводячи до розгляду вектори  та

2) вектор-функції  та  дискретизуємо точками   та відповідно, вводячи до розгляду вектори

та

Останнє приводять до зміни елементів-матриць  матричних функцій  матричними

        (6.32)

             

в яких

А це означає, що місце матричної функції , векторних функцій  в (6.23) при розгляді задач (6.24)-(6.29) займуть матриці та вектори:

1)

2)

3)

4)     (6.33)

5)

     6)

Цим самим задача знаходження вектора дискретних значень функції зовнішньо-динамічних збурень  та моделюючих вектор-функцій  та  зведеться до задачі (6.20), розв’язок якої побудований та досліджений в п.3.5 (формули (3.26)-(3.32)).

6.4. Розв’язок задачі моделювання при дискретно-спостережуваних зовнішньо-динамічних факторах. Розглянемо варіант зведення задачі (6.23) до задачі (6.21), розв’язаної та дослідженої в п.4.3.

Для цього виконаємо дискретизацію вектор-функції  спостережуваних зовнішньо-динамічних факторів  точками  відповідно. Останнє еквівалентне заміні цих зовнішньо-динамічних факторів векторами  відповідно. Елементи  матричних функцій  при цьому перетворяться в матричні вектор-функції вигляду

         (6.34)

де ,  та  при  відповідно.

А це означає, що місце матричної функції  та векторної функції  в (6.23) при розгляді задач (6.24)-(6.29) займуть матричні функції та вектори:

1)

2)

3)         (6.35)

4)  

5)

6)

де область зміни змінної  визначається згідно (6.34).

Цим самим задача знаходження моделюючої вектор-функції (див. формули (6.24)-(6.29)) зведеться до задачі (6.21), розв’язок якої побудований та досліджений в п.4.3 (формули (4.23)-(4.27)).

6.5. Розв’язок задачі дискретного моделювання неперервно-спостережуваних зовнішньо-динамічних збурень. Розглянемо варіант зведення задачі (6.23) до задачі (6.22), розв’язаної та дослідженої в п.5.3.

Для цього виконаємо дискретизацію вектор-функції  моделюючих функцій  та  точками  та  відповідно. Останнє еквівалентне заміні цих функцій векторами  відповідно. Елементи  матричних функцій  при цьому перетворяться в матричні рядки-функції вигляду:

       (6.36)

де   для  відповідно.

А це означає, що місце матричної функції  та векторної функції  в (6.23) при розгляді задач (6.24)-(6.29) займуть матричні функції та вектори:

1)

2)

3)(6.37)

4)

5)

6)

де область зміни змінної  визначається згідно (6.36).

Цим самим задача знаходження вектора  значень моделюючих функцій  через вектор-функцію  (див. формули (6.24)-(6.29)) зведеться до задачі (6.22), розв’язок якої побудований та досліджений в п.5.3 (формули (5.18),(5.24)-(5.27)).

6.6. Моделювання динаміки частково спостережуваних систем з розподіленими параметрами. Розв’язані вище постановки задач моделювання динаміки розглядуваних систем допускали недоступність спостереження одного з двох (або двох разом) зовнішньо-динамічних факторів – початкових та крайових умов (задачі (6.25)-(6.29)). Розглянемо особливості постановки та розв’язання поставлених вище задач (6.25)-(6.29) за умови, що враховані в них початково-крайові умови спостерігаються частково (див. (6.18),(6.19)), а спостереження за вектор-функцією стану  відсутнє повністю.

Останнє викликає зміни у визначенні матричної функції  та векторної функції  у співвідношенні (6.23), а, отже, і у частинних випадках (6.20)-(6.22) задачі (6.23). Зміни ці будуть наступними:

а) при відсутності спостереження  будуть відсутні і компоненти  матричної функції

б) часткове спостереження початкових умов змінить до  кількість складових  у визначенні вектор-функцій  (формули (6.30)) та складових  у визначенні вектор-функції  (формули (6.25)-(6.29));

в) часткове спостереження крайових умов змінить до  кількість складових  у визначенні вектор-функцій  (формули (6.30)) та складових  у визначенні вектор-функції  (формули (6.25)-(6.29));

Описаною в пп.6.3-6.5 дискретизацією змінених таким чином матричних функцій  та векторних функцій  задачу (6.23) знову зведемо до однієї із сформульованих співвідношеннями (6.20)-(6.22). А це значить, що і в цьому випадку можна по аналогії з розглянутим вище побудувати та дослідити множини моделюючих функції та векторів для кожної із задач (6.11)-(6.16).

50

Курс лекцій по моделюванню динаміки систем з розподіленими параметрами


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

18681. Информационные процессы в ЦА 46.41 KB
  Информационные процессы в ЦА. 1. Представление информации это кодирование на какихлибо носителях. Т.к. информация представляется сигналами возникает задача рационального представления информации в аналоговом цифровом или аналогоцифровом АЦ смешанном виде. Ха...
18682. Условная энтропия. Энтропия сложной системы 47.76 KB
  Условная энтропия. Энтропия сложной системы. Энтропия сложной системы. Теорема сложения энтропий На практике часто приходится определять энтропию для сложной системы полученной объединением двух или более простых систем. Под объединением двух систем и с возможн...
18683. Принципы построения корректирующих кодов и их характеристики 24.75 KB
  Принципы построения корректирующих кодов и их характеристики. Коды делятся на: 1. Коды обнаруживающие ошибки. 2. Коды исправляющие ошибки. Все коды такого вида основаны на избыточности которую надо внести в кодовую комбинацию. Эта избыточность может быть введена ...
18684. Коды Хемминга с исправлением одиночной и обнаружением двойной ошибки 38.47 KB
  Коды Хемминга с исправлением одиночной и обнаружением двойной ошибки. Обычный код Хемминга исправляет одиночную ошибку.Необходимо знать сколько потребуется контрольных символов и куда их поставить. m число информационных символов k число контрольных символов ...
18685. Типы организационных структур 14.66 KB
  Типы организационных структур. Организационная структура аппарата управления форма разделения труда по управлению производством. Каждое подразделение и должность создаются для выполнения определенного набора функций управления или работ. Для выполнения функций
18686. Архитектура реестра WINDOWS 14.96 KB
  Архитектура реестра WINDOWS. Реестр Microsoft Windows XP имеет многоуровневую структуру состоящую из четырех нисходящих логических ступеней. К первой и самой верхней в иерархии реестра ступени относятся так называемые ветви Hive Keys обозначение которых по их английскому наименова
18687. Области применения математических методов в экономике 15.2 KB
  Области применения математических методов в экономике Применение математических методов в экономике идет по трем направлениям: математическая экономика математическое моделирование экономики и экономикоматематические методы. При этом математическая экономика пон...
18688. Эталонные (базисные) стратегии развития 14.19 KB
  Эталонные базисные стратегии развития. Эталонными базисными стратегиями развития бизнеса обычно называют наиболее распространенные выверенные практикой и широко освещенные в литературе стратегии. Они отражают 4 различных подхода к росту фирмы и связаны с изменени
18689. Информация для инвестора в интернете 14.32 KB
  Информация для инвестора в интернете. Связи с инвесторами или IR акроним от англ. Investor Relations сфера деятельности организации находящаяся на пересечении финансов коммуникационной политики маркетинга и права имеющая целью построение максимально эффективной двусторо...