Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Батяев, Б. Г. Исследование надежности и точности линейных систем автоматического управления

.pdf
Скачиваний:
14
Добавлен:
19.10.2023
Размер:
5.67 Mб
Скачать

60

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.

~~ ^

&■ 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

= 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

-

 

 

 

 

/

(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

 

£

= 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

 

 

 

 

 

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

 

 

 

 

=X ^

.

S{ C

i

U l

 

i zl

 

Согласно (5 .2 0 ) и (5 .2 1 ) получаем

*■»/

или

(5 .5 7 )

(5 .5 8 )

(5*5э>

(5 .6 0 )

X

> X- 3-

— L- ,

если V (i>i~

.

(5.61)

й

4

&

~

1

 

 

 

 

г - 1

 

 

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ