
книги из ГПНТБ / Батяев, Б. Г. Исследование надежности и точности линейных систем автоматического управления
.pdf60
На основании ( 5 ,5 ) получим системы уравнений
г , + |
|
|
+ |
. . . + « ^ n = С 1 , |
|||||||
« i f |
Sf + |
« г г |
+ |
|
-+■ 0^2,П £ п |
~ |
Сг , |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(5 . 6) |
« л< 2| + |
a n3, z z + |
,, |
. . + |
|
&п гг^п. |
~~ ^ /г |
|||||
&■ 71 |
+ «/г |
+ . |
|
|
|
« /п % п ~ ^ 1 ’ |
|||||
« г / + |
|
a i z Zz + |
. |
|
+ |
« г п |
^ п. ~ |
у |
|||
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(5 . 7) |
&п, |
2 , |
+ |
CLnz |
+ |
. |
. . |
+ О. лгь Ъ п |
- |
ё |
Определение. Уравнения» в которых неизвестными являются минималыше или максимальные значения переменных, называются экстре
мальными [ 6 2 J . |
|
|
Решая системы экстремальных уравнений ( 5 . 6 ) |
и ( 5 . 7 ) , находим |
|
2 ; = |
М <! с 0 = д |
(5 . 8) |
Д |
|
|
|
|
*. = J - д. (ел = -=i- , |
(5 . 9) |
||
|
|
|
2J |
д ^ 1 |
д |
|
где |
/ |
и |
« |
определители» |
получаемые из Д заменой |
| -го |
А ^ |
А^ - |
|||||
столбца |
свободными членами. |
|
|
|||
|
Сравнивая выражения ( 5 . 8 ) и |
( 5 . 9 ) , получаем |
|
|||
Z j - t j - - + ± ( - 6 < - с Щ - - ± ^ - с д Л / г , |
(5. 10) |
|||||
V |
-j - |
л |
-'"V . |
|
Z=i |
z=i |
61
где A j { |
- |
элемент |
j |
- |
ой строки и |
|
У - |
го столбца обратной |
|||||
матрицы |
чЛ |
* , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В соответствии |
с (5 .1 0 ) имеем., |
|
|
|
|
|
|||||||
Ъ |
ш г ; |
* |
если |
|
|
{~ с г ) d |
j i |
- 0 , |
( 5 . I I ) |
||||
|
|
i =l |
|
|
|
° |
I |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Z; >,2l |
'■ » |
еслЕ |
|
|
|
|
|
|
> 0 , |
'(5 .1 2 ) |
|||
|
</ |
<f |
|
|
|
i |
* i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
n. |
|
|
|
|
|
|
' V ‘ V |
' |
если |
2 |
( 4 |
- |
c i ) |
j |
j |
'/ < 0 . |
(5 .1 3 ) |
|||
|
|
i - i |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
■На основании определений |
точных границ1 из предыдущих выражений |
||||||||||||
получим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Г |
I |
|
|
|
■п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A j |
|
если |
|
|
|
|
|
> 0 , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
■1ч t |
|
|
|
|
|
x j = i n f x ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(5.14) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
A t |
|
если |
^ |
|
|
|
|
< 0 |
|
|
|
|
|
A |
|
|
|
X^i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A; |
|
если |
^ |
A |
r |
c i ) ^ j i |
y o, |
||
|
|
|
|
X |
’ |
||||||||
|
|
|
|
|
|
1ч1 |
|
|
|
|
|
||
Xj = Sup. Xj = -< |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(5.15) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
АУ |
, |
если |
|
( 4 |
|
~Ci) d j i |
О . |
||
|
|
|
|
i- |
|
|
t=i
62
Применяя формулы ( 5 . 8 ) , ( 5 . 9 ) , (5.14) и ( 5 . 1 5 ) , имеем
x j , если |
> о г |
■г |
-1 |
(5. 16)
«_ i
|
|
х"; |
|
, |
если |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
г-1 |
|
|
|
|
|
|
|
П |
, |
если |
v |
1 |
. ~ |
> О, |
|
|
|
|
|
X ; |
|
/ |
( 6 { - С { ) J j t |
|
|
||||
|
|
* |
|
|
|
i ? i |
* |
|
|
|
|
'/ |
- 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(5 .17) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
* X,- |
|
, |
если |
|
( ^ i ~ c i ) |
< О . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t = i |
|
|
|
|
|
Таким образом, мы установили, что экстремальные значения пере |
|||||||||||
менных являются решениями систем экстремальных уравнений. |
|
||||||||||
Из выражений |
(5 . 2) и (5 . 1 0 ) получаем |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
п |
|
|
|
|
ZJ |
' XJ |
^ |
|
|
если |
|
|
> 0 |
(5 .18) |
|
|
|
|
|
i =1 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
или |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Zj |
>' |
|
y' |
|
, |
если |
|
\ |
< 0 . |
(5 .1 9) |
|
|
|
|
|
|
|
|
t=i |
|
|
|
Подставляя |
значения |
|
|
и |
Zj |
в выражения (5 . 1 8 ) |
и ( 5 ,1 9 ) , по |
||||
лучим решения ристем двойных неравенств |
|
|
|
||||||||
/ |
|
|
|
|
п |
|
|
п |
|
|
|
й ; |
6 |
|
|
4 ); |
|
, |
если |
" 2 ^ ( i i - C i ) J j ' i ' > 0 |
(5. 20) |
||
— |
X; £ -----г— |
63
или |
|
|
|
&; |
если |
(Si -Ci) J - J i < C . |
(5 .2 1) |
- * xr |
|
i^ l |
|
|
|
|
Метод решения систем двойных линейных неравенств с помощью экстремальных уравнений будем называть методом экстремальных
уравнений. |
|
|
|
|
' |
Предположим, |
что |
2у |
= 2 |
и |
(у-i,n). Полагая в выражении |
(5 . 5 ) 2 ; =* Z. и |
2 ; |
= 2 |
, получим системы экстремальных уравнений |
||
О |
О |
|
|
|
|
Х > - г |
|
(5 .2 2) |
У ---------- г |
|
|
Г -1 |
|
|
Л у * = h |
( { ~-1>п ) • |
(5 .2 3) |
У =i |
|
|
Решая системы экстремальных уравнений (5 .2 2) и ( 5 . 2 3 ) , |
находим |
|
Ci |
(5 .2 4) |
|
Z - |
|
|
Z |
а у |
|
г = |
(5 .2 5) |
Г« 7
/5‘
Из выражений (5 .24) и (5 .2 5) получаем
2 |
- г = |
S i |
- с,- |
|
(5 .2 6) |
Г йу
64
На основании |
(5 .2 ) |
и (5.2С ) |
имеем |
|
• |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
‘г |
|
|
|
|
|
|
|
|
а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
■ST” |
|
|
|
|
|
(5 .2 7 ) |
|
|
2 |
ь |
OCj |
± |
% |
, |
если |
^ |
Я у |
> С1 |
|
|
|
|
||
или |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Л |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
г > |
|
|
•» г |
, если |
^ |
CLy < О , |
_ |
|
|
(5 .2 8 ) |
|||||
Подставляя значения |
2 |
и |
X в |
выражения (5 .2 7 ) |
и |
(5 .2 8 ), |
полу- |
|||||||||
ч т решения системы двойных неравенств |
2>- |
|
|
|
|
|
||||||||||
Ci |
|
, |
„ |
, |
|
|
|
|
если |
|
> о |
|
|
(5 .2 9 ) |
||
---------- |
4 |
Xj |
‘ |
Г |
“у |
|
|
;~1 |
|
|
|
|
|
|||
Х > |
у |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
/ - 1 |
|
|
|
|
|
г - 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ш |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
п |
|
|
|
|
|
Сi |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
если |
Д у |
|
< 0 |
. |
(5 .3 0 ) |
|||
ц -------- * |
Я / |
* |
— |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Z |
“ y |
|
|
|
|
2 > / |
|
|
Г - 1 ' |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
Г |
‘ |
|
|
с- |
|
|
|
£■ |
|
|
Таким образом |
|
|
|
|
|
2 |
и — |
|
||||||||
, если отношения :— |
---------- г |
7г~------- - 2 |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Л |
а у |
|
|
T |
° v |
|
постоянны, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-FT |
V |
определяются |
выра |
|||
то решения системы двойных неравенств |
||||||||||||||||
жениями (5 .2 3 ) |
и |
(5 .3 0 ) . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Если |
C^ + Si |
= О , |
то |
систему |
двойных неравенств |
(5 .1 ) можно |
||||||||||
записать в |
виде |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
‘ 1 > / 7 - - |
( * = Л « ) • |
|
(5 .3 1 ) |
||||||||
Применяя фор^лы |
(5 .8 ) |
и |
( 5 .9 ) , подучаем |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
л 1 |
|
Я |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(5.32) |
* = i
65
|
|
|
|
2 = i V _ = V |
6 , J n-i |
|
|
|
(5 ,3 3 ) |
|||
|
|
|
|
J |
& |
|
* |
an |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i-1 |
|
|
|
|
|
|
Согласно |
( ЬоЮ ) |
имеем |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
* j - * r - z |
Z |
e - |
|
|
|
|
(5 ,3 4 ) |
|
|
|
|
|
|
|
i - i |
|
|
|
|
|
|
Учитывая |
(5,1.8) |
и (5 ,1 9 ) при условии, что |
С{ - - |
S- |
, находим |
|||||||
|
|
|
‘ * / |
4 xi |
|
если |
Л 6i J J i |
> О |
(5 .3 5 ) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
г-1 |
|
|
|
|
ИЛИ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Zj |
>, X j |
>, X j |
, |
если |
B iJ-jf. |
< О , |
(5 .3 6 ) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
t ' i |
|
|
|
|
Принимая во |
внимание |
(5 .3 2 ) |
и ( 5 ,3 3 ) ,1получаем |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
Aj |
|
|
п |
|
|
|
|
|
|
|
4 X; £ |
|
если |
|
|
|
|
(5 .3 7 ) |
||
|
|
|
А |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
Г |
|
|
г -1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
или |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
X м |
-1 |
|
о |
|
А |
- |
* |
X; >, |
- * ± - |
|
если |
. • |
< |
(5 .3 8 ) |
|||
|
& |
|
|
J |
А |
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
г=1 |
|
|
|
|
Таким образом, из условия |
с,- +ё^ = 0 следует, |
что |
2 - и 2 : |
|||||||||
имеют противоположные значения, |
т . е . |
Z: + TL- = о . |
|
* |
||||||||
Если |
Ci |
- |
|
|
|
|
<г |
/ |
(5 .1 ) |
можно |
||
О , то систегду двойных неравенств |
||||||||||||
представить |
в |
виде |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
^6 21 flv ^ |
6 |
( г = у,/г-) - |
|
(5.39) |
|||||
|
|
|
|
|
F
|
|
|
|
|
|
66 |
|
|
|
|
Из этой системы двойных неравенств находим |
|
|
|
|||||||
|
|
= |
й ; |
|
|
|
|
|
|
( 5. 40) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(5 .4 1 ) |
|
|
' |
и |
t = |
i ‘ |
0 |
|
|
|
|
Согласно |
(5 .1 0 ) получаем |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(5 .4 2 ) |
|
|
|
г - 1 |
|
|
|
|
|
|
|
На ооноваваш (5 .4 0 ) |
и (5 .4 1 ) |
имеем |
|
|
|
|
||||
|
|
О & ос ■ < — <L , |
если |
|
Si J j i |
> |
О |
(5 .4 3 ) |
||
|
|
|
|
|
|
г si |
|
|
|
|
или |
|
|
|
|
п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-1 |
|
|
|
|
|
|
/ |
Л |
|
|
HL |
|
|
(5 .4 4 ) |
|
|
|
О > X; г> |
, |
если |
|
; d N |
< |
О . |
||
|
|
|
|
|
|
г-1 |
|
|
|
|
Таким образом, если для всех |
х - |
справедливо неравенство 2_ |
7°, |
|||||||
|
|
|
|
|
* |
|
|
|
i-i |
|
то |
система двойных неравенств (5 .3 9 ) имеет неотрицательные решения, |
|||||||||
|
|
п . |
|
|
|
|
|
|
|
|
а |
если же |
S{ |
< С |
то решения будут неположительными» |
||||||
|
|
i-i |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 . Решение систем двойных и модулярных неравенотв. Всякая совместная система двойных неравенств имеет бесконечное множество решений. Множество решений совместной системы (4 .1 2 ), у которой ранг отличен от нуля, называется многогранником решений [46] » Применяя метод экстремальных уравнений, найдем координаты вершен многогранника решений системы ( 5 .1 ) . Так как определитель системы
(5 .1 ) отличен от нуля, то множество всех ее решений есть выпуклый многогранник, число вершга которого N = <2. . Для определения всех вершин многогранника нужно решить /V систем экстремальных уравнений.
(лт)
Обозначим через |
Z: |
- У |
- ю координату |
т —ой вершины |
|||
шогогранника, а |
через |
* |
J ( mr |
компоненты вектора свободных членов. |
|||
|
d i |
||||||
|
, мы будем иметь серию систем |
|
|||||
уравнений вица |
|
|
|
1 |
|
|
|
(т) |
|
|
|
|
/(т ) |
|
|
Хт ) |
|
f/n; |
|
|
|||
а„ г, -г |
г*. |
+ |
.. + а ш |
< |
, |
|
|
_ _ ("*) |
„ (>0 |
|
(т ) |
J |
( ™ ) |
|
|
|
: |
+ .,. . + й г п гл |
= |
’ |
Г ( « 4 * 0 (5 .4 5 ) |
||
|
|
|
|
|
|
||
( т ) |
f/nj |
... . + |
й ял 6 л |
~ |
|
|
|
|
|
+ |
|
|
Каждое уравнение системы (5 .4 5 ) определяет гиперплоскость в про-
/о'1
странстве Л . Для определения свободных членов a ,• необходимо их выразить через известные границы С,- и 6,- системы двойных неравенств ( 5 . 1 ) . С этой целью введем в-рассмотрение индикатор
|
|
,(т) |
|
« |
|
|
|
О ж |
i |
, |
|
|
компоненты |
а |
,• |
с |
двумя значениями |
|
|||||||
По определению индикатор компоненты |
|
вектора |
свободных |
|||||||||
членов равен |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(т) |
|
0 |
, |
если |
j (*> |
_ |
, |
|
_ |
|
||
|
|
= |
<\- |
|
|
|||||||
6 ■ - |
• |
|
|
|
/(«О |
|
£ |
\т = У УМУ |
( 5 .4 6 ) |
|||
•'t |
|
|
i |
, |
если |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
CL{ |
= Pi . |
|
|
|
|||||
эжения |
(5»46) |
следует, |
что |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
Ci t |
если |
6t |
- О , |
|
|
|
(5 .4 7 ) |
||
“ t |
" |
) |
, |
|
> |
|
|
V |
|
|
|
|
|
о1,- |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
если |
= i • |
|
|
|
|
/f/n)
ая (5 .4 6 ) и ( 5 .4 7 ) , компоненту а ,• можно
66
Тогда вектор свободных членов будет иметь следующий вид
|
|
|
|
|
|
|
|
|
l - 9 j ( m) |
|
|
|
|
|
|
|
|
К |
" |
|
|
|
} |
|
|
(5 .4 9 ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Согласно (5 .4 6 ) |
и (5 .4 9 ) |
вектору |
свободных членов |
cLimi |
соответ |
||||||||
ствует |
вектор - |
индикатор |
6 сп> , |
представляющий |
п |
- |
разрядное |
||||||
число |
в двоичной системе |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
6 (т>= |
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
(5 .5 0 ) |
||
где |
5 п ( т - 1 ) |
- |
п |
- |
разрядное представление числа |
|
( т - 1) |
б |
|||||
двоичной системе. Подставляя в систегцу |
(5 .4 5 ) вместо |
d |
ее |
зна |
|||||||||
чение |
из ( 5 .4 8 ) , |
получаем |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
а |
("О- |
е |
(.т) |
1 -в (т) |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
х |
а у гу.. = S t- |
|
|
|
( г = 1,п; т - - 1 , ы ) |
|
(5 .5 1 ) |
|||||
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
y=i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Применяя метод Гаусса или формулу Крамера, найдем координаты |
|
||||||||||||
вершин многогранника |
решений |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
г1 |
&r |
Aj |
1 |
|
|
|
|
|
(5 .5 2 ) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Из |
условия выпуклости многогранника решений следует, что |
|
|||||||||||
|
|
|
|
/V |
|
|
Кт) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
г— , |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
сс -•=X |
|
г/ |
|
|
|
|
(5 .5 3 ) |
||||
|
|
|
m^i |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где |
Х п >>•0 и |
^ |
|
|
= |
1 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m^i |
|
|
|
|
|
|
\ |
|
|
|
Рассмотрим совместную систему т |
двойных линейных неравенств |
с |
|||||||||||
п |
|
переменными |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С. |
|
|
й у сс. ± 6 t |
( г = i j m ) _ |
|
(5 .5 4 ) |
69
Предположим, что минор к. - го порядка, составленный из коэффициентов при первых ж переменных, отличен от нуля. Вычтем из всех частей каждого неравенства все члены с переменными
г ••• > ОСл |
|
|
|
П |
* |
| |
П |
С» |
- ^ a is x s 6 |
|
aij XJ |
4 |
4 ' " |
|
& = £ * ) . |
(5 .5 5 ) |
|
|
S=KH |
j |
= l |
|
|
|
S--H+1 |
|
|
Выберем для этих переменных эгк+, , |
, ос п |
произвольные значе |
|||||||
ния оСщ.{ , ■■ ., аСп . |
Тогда |
система |
(5 .5 5 ) превращается в систему |
||||||
х |
двойных неравенств с |
ж |
переменными |
ос,, . . . t х л |
|
||||
|
п |
|
/С |
|
|
|
|
п. |
|
C-i ~ |
6 |
X |
а у Х/ |
4 |
X |
a is^s . |
(5 .5 6 ) |
||
|
s ^ i |
|
Г - 1 |
|
|
|
s -*+i |
|
|
Применяя формулы (5 .8 ) |
и ( 5 . 9 ) , |
находим |
|
|
&'■ |
к. |
|
|
л |
Z: = - j - |
= ~4~ V |
^ i j |
( Ci ~ X |
a ts*s ) |
J & |
A i n |
/ |
\ |
/ |
|
1-1 |
|
|
|
zj = 4 L = ~ t ^ J v ( ^ ~ ^ ais^ ) |
(V =/^)- |
||
i^t |
- |
S=t*i |
|
1^1 |
|
|
|
На основании (5 .1 0 ) имеем |
|
|
|
/с |
|
=X ^ |
. |
S{ C |
i |
||
U l |
|
i zl |
|
Согласно (5 .2 0 ) и (5 .2 1 ) получаем
/с
*■»/
или
(5 .5 7 )
(5 .5 8 )
(5*5э>
(5 .6 0 )
X |
> X- 3- |
— L- , |
если V (i>i~ |
<О. |
(5.61) |
й |
4 |
& |
~ |
1 |
|
|
|
|
г - 1 |
|
|