74366

Метод ньютона второго порядка для решения УУН

Доклад

Энергетика

Метод ньютона второго порядка для решения УУН. По методу Ньютона второго порядка нелинейное уравнение заменяется кривой второго порядка 2 квадратичная аппроксимация и решением квадратичного уравнения. а назовем приращением второго порядка. Основная трудность метода второго порядка заключается в решении системы.

Русский

2014-12-31

424.5 KB

3 чел.

81. метод ньютона второго порядка для решения УУН.

Учет нелинейности при моделировании УУН осуществляется через квадратичные члены (слагаемые со вторыми производными) разложения Тейлора (8.22) в виде

(8.34)

Более полный квадратичный учет нелинейности по сравнению с линейным в методе Ньютона способствует значительно лучшей сходимости и уменьшению времени решения уравнений. Поясним это графически (рис. 8.1) на примере нелинейного уравнения с одной неизвестной ω(U).

По методу Ньютона (метод касательных), заменив в начальной точке U(0) нелинейное уравнение ω(U) касательной 1 (линейная аппроксимация) и решением линейного уравнения

находится приращение ΔU, и значение переменной . По методу Ньютона второго порядка нелинейное уравнение заменяется кривой второго порядка 2 (квадратичная аппроксимация) и решением квадратичного уравнения

(8.34 а)

вычисляется приращение ΔU2, дающее новое значение переменной , которое значительно ближе к точному решению (корню) U по сравнению с приближением , полученным методом Ньютона.

Рис. 8.1. Линейная (1) и квадратичная (2) аппроксимации                                                                                                                       нелинейного уравнения ω(U) в точке U(0).

Приращение ΔU2, определяемое из решения квадратичного уравнения (8.34 а), назовем приращением второго порядка. Использование его в рекуррентном выражении итерационного процесса при определенных условиях обеспечивает более быструю и надежную сходимость.

Возвращаемся к общему (многомерному) случаю. Основная трудность метода второго порядка заключается в решении системы (8.22) квадратичных уравнений (СКУ)

(8.35)

на каждом шаге вместо СЛУ (8.31)

(8.36)

в методе Ньютона первого порядка.

Существуют различные пути алгоритмической реализации метода второго порядка в зависимости от способа получения приращения ΔU из СКУ (8.35). В связи с тем, что применение прямых методов для этой цели невозможно, учет нелинейности УУН посредством квадратичного разложения осуществляется косвенно и связан с дополнительным решением СЛУ в новом итерационном процессе.

Обозначим ΔU, как вектор приращения первого порядка, полученный методом Ньютона при решении СЛУ (8.36). Используя ΔU1, результирующее приращение второго порядка можно определить из решения вспомогательной СЛУ

(8.37)

где D — вектор квадратичных добавок в отрезке ряда Тейлора (8.22).

Таким образом, одна внешняя итерация решения УУН заключается в последовательном решении СЛУ (8.36) и (8.37).

Применительно к уравнению ω(U) = О с одной неизвестной СЛУ (8.37) можно записать

отсюда приращение второго порядка

(8.38)

с   учетом   того,   что   в   методе   касательных   приращение   первого   порядка , в итоге получим

(8.39)

Другой способ построения итерационной процедуры второго порядка заключается в том [53], что для решения СКУ (8.35) выполняют два шага по методу Ньютона Во-первых, как и в предыдущем случае, определяются поправки ΔU, из решения СЛУ (8.36). Во-вторых, вычисляются невязки СКУ (8.22) в точке U(1) = U(0) + Δ  ,

т. е.

(8.39 а)

 

Заметим, что выражение справедливо для любого (k-го) шага метода после решения СЛУ (8.36).

После корректировки матрицы Якоби:

решается вспомогательная СЛУ:

(8.40)

относительно δU и находится результирующее приращение

(8.41)

Для сравнения с предыдущими способами перепишем СЛУ (8.40) в виде

(8.42)

Для решения уравнения с одной переменной ω(U) = 0 с учетом ΔU1 =-ω(U)/ω(U) и (8.42) результирующее приращение второго порядка определяют по формуле

(8.43)

Отметим, что, хотя объем вычислений по сравнению с методом Ньютона удваивается, общее время решения благодаря резкому улучшению сходимости уменьшается существенно (в отдельных случаях до 3-5 раз [53]) при близком расходовании памяти ЭВМ. Дополнительный объем вычисления определяется решением СЛУ (8.37) и до-расчетом вторых производных в едином цикле формирования матриц Якоби и Гессе. Заметим, что квадратичная аппроксимация достаточно точно отражает режим ЭС, а эффективность метода в значительной мере зависит от формы записи УУН. Так, уравнения баланса мощности в своем изначальном виде являются квадратичными и полно (без остальных членов) описываются анализируемым отрезком разложения ряда Тейлора (8.22), а потому решения такого уравнения можно получить за одну итерацию. В итоге отметим, что в методе Ньютона второго порядка число внешних итераций

(8.44)

существенно меньше, чем в методе Ньютона. Эффективность метода по времени решения задачи на ЭВМ немаловажна в АСДУ, в проектных и исследовательских задачах, особенно при анализе сильно загруженных ЭС, и возрастает с увеличением размерности задачи, т. е. при расчетах режимов больших и сверхбольших ЭЭС(1—3 тыс. узлов).


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

28373. Вещно-правовые способы защиты права собственности 15.02 KB
  К вещноправовым искам относятся: 1иск об истребования имущества из чужого незаконного владения виндикационный иск; 2 иск об устранении нарушений не связанных с лишением владения негаторный иск; 3иск об признании пр. Виндикационный иск это внедоговорные требования не владеющего собственника к фактическому владельцу имущества о возврате имущества. Сущностью этого иска является возврат собственнику конкретного индивидуально определенного имущества выбывшего из его владения вне его воли. иска: 1необходимо что бы собственник был лишен...
28374. Понятие, объекты и субъекты авторского права и смежных прав 15.51 KB
  В субъективном смысле АП – совокупность субъективных прав возникающих у автора в связи с созданием конкретного произведения литературы науки и искусства. Объекты авторского права – произведения литературы науки и искусства являющиеся результатом творческой деятельности независимо от назначения и достоинства произведения а также способа его выражения. а литературные произведения включая программы для ЭВМ – художественные документальные учебные произведения тексты песен и др.; б драматические и музыкальнодраматические произведения...
28375. Авторские и смежные права, срок их действия 14.7 KB
  Авторские и смежные права срок их действия. Личные неимущественные права право авторства право на имя и право на защиту репутации автора охраняются бессрочно. Имущественные права ограничены сроком жизни автора и 70 годами после его смерти. Однако если автор в течение этого периода раскроет свою личность или его личность не будет далее оставлять сомнений то применяется общий срок действия авторского права в течение жизни и 70 лет после смерти; б авторское право на произведение созданное в соавторстве действует в течение всей жизни и...
28376. Защита авторских и смежных прав 14.34 KB
  Защита авторских и смежных прав. Защита авторских и смежных прав – это совокупность мер целью которых является восстановление и признание этих прав в случае их нарушения. В зависимости от отрасли права обеспечивающей защиту авторских и смежных прав выделяют следующие способы защиты. Гражданскоправовой способ защиты – возмещение имущественного ущерба автору или иному правообладателю.
28377. Понятие и субъекты патентного права 14.75 KB
  Понятие и субъекты патентного права. Патентное право в объективном смысле совокупность норм регулирующих имущественные и личные неимущественные отношения возникающие в связи с признанием авторства и охраной изобретений полезных моделей и промышленных образцов установлением режима их использования материальным и моральным стимулированием и защитой права их авторов и патентообладателей. Субъектами патентного права являются авторы изобретений полезных моделей и промышленных образцов патентообладатели а также другие лица не авторы...
28378. Объекты патентного права: понятие, признаки 14.67 KB
  Объектами патентного права являются изобретения полезные модели и промышленные образцы. Органом осуществляющим акт признания новшества в качестве изобретения является федеральный орган исполнительной власти по интеллектуальной собственности Федеральная служба по интеллектуальной собственности патентам и товарным знакам Роспатент. В качестве изобретения согласно ст. Уровень техники служащий критерием новизны изобретения включает любые сведения ставшие общедоступными в мире до даты приоритета изобретения.
28379. Оформление права на изобретение, полезную модель, промышленный образец 15.02 KB
  Оформление права на изобретение полезную модель промышленный образец. Права на изобретение полезную модель и промышленный образец охраняет закон и подтверждает патент на изобретение и промышленный образец и свидетельство на полезную модель патент. Документы которые должны быть в заявке: на изобретение: заявление о выдаче патента указываются автор лицо на имя которого испрашивается патент их местонахождение; полное описание изобретения; формула изобретения выражающая его сущность; чертежи и иные необходимые материалы; документ...
28380. Право автора и патентообладателей, их защита 13.61 KB
  Право автора и патентообладателей их защита. патентообладателей. Защита прав авторов и патентообладателей осуществляется как в судебном так и в адм. Административный порядок защиты прав авторов и патентообладателей предполагает их обращение в специальное подразделение федерального органа по интеллектуальной собственности.
28381. Понятие и виды товарного знака и знака обслуживания, срок их действия 14.33 KB
  В качестве товарных знаков могут быть зарегистрированы словесные изобразительные объемные и другие обозначения или их комбинации. В качестве словесных товарных знаков могут регистрироваться существующие слова Camel– верблюд сочетания слов Веселый молочник искусственные слова CocaCola сочетания букв аббревиатуры – ВАЗ BMW ицифр газета 777. В качестве изобразительных товарных знаков выступают разнообразные рисунки и символы фирма Pringles использует в качестве товарного знака изображение усатого мексиканца компания...