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

4 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

49207. Проектирование электрической сети 888.18 KB
  Данный курсовой проект содержит 3 графика, 5 рисунков, 13 таблиц. В проекте будет выбрана схема распределения электроэнергии от РЭС до пяти подстанций. Эта схема выбирается по экономическому расчету, который содержит: расчет наиболее экономичного строительства, расчет передачи энергии как от РЭС, так и от подстанций к друг другу. Из четырех вариантов схем, будет выбрана одна – наиболее экономичная.
49208. Разработка автоматизированной системы учреждения администрации района 4.67 MB
  В рассматриваемой организации предъявляются высокие требования к защите информации, так как циркулирующие данные содержат кроме общедоступной информации сведения, составляющие служебную и коммерческую тайны, персональные данные и секретные сведения, которые не должны быть доступны лицам, не имеющим соответствующих полномочий...
49209. ОДНОМЕРНОЕ ДВИЖЕНИЕ ЖИДКОСТИ В НЕОДНОРОДНЫХ ПЛАСТАХ 210.21 KB
  Однако часто изменения проницаемости при переходе от одной точки пласта к другой носят столь хаотичный характер что значительные области пласта можно считать в среднем однородно проницаемыми. Наоборот движение жидкостей и газов в пластах приобретает совершенно своеобразный характер когда на большом протяжении в изменении проницаемости наблюдаются явные закономерности. Пласт разделяется по мощности на несколько слоев; в каждом из слоев проницаемость в среднем одинакова но отлична от проницаемости соседних слоев. Во всех точках пласта...
49210. Знаходження найкоротшого шляху в графі за допомогою алгоритма Дейкстри 241.53 KB
  Знаходження найкоротшого шляху - життєво необхідно і використовується практично скрізь, починаючи від знаходження оптимального маршруту між двома об'єктами на місцевості (наприклад, найкоротший шлях від дому до університету), в системах автопілота, для знаходження оптимального маршруту при перевезеннях, комутації інформаційного пакету в Internet і т. п.
49211. Одновимірні моделі розповсюдження речовини в нерухомому середовищы 118.71 KB
  Еволюція сучасної науки характеризується глибоким проникненням математичних методів дослідження у різні сфери наукової думки від суто гуманітарних дисциплін до таких як соціологія прикладна лінгвістика екологія що розвиваються на зламі кількох наукових напрямів. Справа в тому що результати навіть досить тонких експериментів далеко не завжди дозволяють відповісти на запитання які основні рушійні сили і механізми впливають на стан і розвиток тієї чи іншої природної системи. І реалізуємо розвязування...
49212. Інструменти податкового регулювання 90.94 KB
  В економічній літературі багато уваги приділяється проблемам оподаткування. Значний внесок у розробку теоретичних та прикладних основ оподаткування внесли Азаров М. Податкове регулювання це заходи впливу на економіку та соціальні процеси через зміну податків податкових ставок податкових пільг зниження чи підвищення загального рівня оподаткування тощо. Хоча податки та механізм оподаткування будуються на певному фундаменті правових відносин однак сторони не скріплюють ці відносини у формі певного договору контракту [3 c.
49213. Авторська розробка дитячого майданчику на тему «Поклик джунглів» 139.54 KB
  У своїй курсовій роботі я буду намагатися створити дитячий ігровий комплекс Поклик джунглів для дітей віком від 6 до 12 років. Врахую всі вимоги до забудови цього комплексу і вікової характеристики дітей. Необхідно на плані виділити умовні території зони для найменших і їх батьків і для дітей які вже гуляють без родичів старші дошкільнята та молодші школярі. Благоустрій територій житловими районами міста дитячими комплексами користується високої популярністю Типи дитячих ігрових майданчиків Дитячі ігрові майданчики повинні...
49214. Виртуальная модель вертолета в среде MatLab 265.65 KB
  Математическое моделирование движителя вертолета. Создание виртуальной модели вертолета в среде VRBuilder. Особенностью моделируемого вертолета является то что используется движитель роль которого выполняет двигатель постоянного тока ДПТ.
49215. Разработка системы управления механизма передвижения тележки (мехатронного объекта) по схеме ТП-ДПТ 11.99 MB
  Целью данного курсового проекта является задача проектирования электромеханической системы (ЭМС) мехатронного модуля подъема мостового крана. Смысловая её реализации заключается в создании универсальных, надёжных и долговечных устройств, которые тем или иным образом помогали бы человеку решать поставленные перед ним задачи