книги из ГПНТБ / Солодовников В.В. Статистическая динамика линейных систем автоматического управления
.pdf8] |
ОБЩИЙ ХОД ВЫЧИСЛЕНИЙ |
3 4 3 |
Это выражение совпадает с формулой (7.60), так как при сде ланном в этой главе допущении об отсутствии корреляции между полезным сигналом и помехой мы можем написать:
|
|
|
|
SA, ( m) = |
W(y®)Sei(a)). |
|
|
(8.69) |
|||
Итак, мы видим, что |
интегральное |
уравнение |
(7.14) |
можно рас |
|||||||
сматривать |
как |
частный |
случай |
интегрального |
уравнения |
(8.23), |
|||||
а формулу (7.60) для вычисления оптимальной передаточной |
функ |
||||||||||
ции — как частный случай |
полученной в этой главе формулы (8.55). |
||||||||||
Б) С л у ч а й , |
к о г д а |
— |
|
|
|
|
|
|
|||
В качестве другого частного случая предположим |
теперь, что |
||||||||||
полезный |
сигнал |
не содержит случайной составляющей, |
т. е. |
|
|||||||
|
|
|
|
|
т (О = 0. |
|
|
|
|
||
Интегральное |
уравнение (8.23) |
при |
этом |
сводится к |
виду |
|
|||||
|
|
г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/ |
#„<? — О * ( О ^ = То+ |
T i* + |
••• “И / - |
|
(8-70) |
|||||
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Заметим, что в этом |
случае общее выражение (8.21) для сред |
||||||||||
него значения квадрата ошибки существенно упрощается. |
|
||||||||||
Действительно, полагая |
в (8.21) /?т (т) = |
0, найдем: |
|
|
|||||||
|
|
|
т |
т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
J |
k ( x ) d x f |
Rn (x — ft) ft(»)</&, |
|
(8.71) |
||||
|
|
|
0 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
откуда, учитывая |
(8.70), |
получим: |
|
|
|
|
|
|
|||
|
/ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
е2 = |
J |
k (т) 1у0 4 - т хх •+- . . . + |
1 ггг] dx = |
|
|
|
|||||
|
О |
Г |
|
|
7* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т |
|
|
||
= |
То/ A Wdt + Ti / |
xk (х) dx + |
• • • |
+ 7 г / |
t rk(x)dx, |
(8.72) |
|||||
|
и |
|
|
о |
|
|
|
о |
|
|
|
и, следовательно, выражение для среднего значения квадрата ошибки можно представить в виде
®2 — W o ~ Ь " Ы Н - Ь • • • + T r t V *
8.Общий ход вычислений
На основе предыдущего изложения можно сформулировать сле дующий порядок операций для определения оптимальной импульсной
переходной |
функции k{t) |
или оптимальной передаточной функции <D(s) |
системы в |
общем случае. |
. |
3 4 4 СИНТЕЗ ОПТИМАЛЬНЫХ СИСТЕМ С КОНЕЧНОЙ «ПАМЯТЬЮ» [ГЛ. VII
|
1. |
Полагаем, |
|
что |
оптимальная |
импульсная |
переходная |
функ |
||||||||||
ция k(t) определяется выражением (8.53), т. е. что |
|
|
|
|
||||||||||||||
k(t) = |
Д + |
Ayt —|—-. . — Artr -J- В уе"^ -f- B2exil |
|
|
В 2ке1*ь' Д |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
СО |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
^ |
С '(р) f |
И (Уto) С ( - уш) е!« rfto + |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
— СО |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ci§ (0 -)- Са§ (f) -f- . . . |
~\~Ci— |
|
Ч 0 |
4~ |
|
|
|||||||
|
-\-Dyb{t — T) - \ - D2b(t — T ) + . . . + |
|
|
(f — T), |
(8.53) |
|||||||||||||
где |
T — интервал |
|
наблюдения; г — порядок многочлена |
от t, |
в виде |
|||||||||||||
которого |
задана |
составляющая g(t) |
полезного |
сигнала; |
Д , Д , . . . |
|||||||||||||
. . . . Д . |
By, В2......... В 2к, |
Су, С2, . . . , |
Ct_k, |
Dy, D2, . ... |
Dy_k |
|||||||||||||
постоянные, подлежащие определению; |
Д (ш 2) — числитель выраже |
|||||||||||||||||
ния для спектральной плотности Д(ш); |
ДДш2) — знаменатель |
выра |
||||||||||||||||
жения |
для |
спектральной |
плотности |
Д(ш); |
2/е — степень |
старшего |
||||||||||||
члена |
ДДи)2); 21— степень |
старшего |
члена Д (ш 2); X,, Х2, |
. . . , |
\ 2к— |
|||||||||||||
корни |
уравнения |
Д ( — Х2) = 0; |
|
С (уш) — сомножитель |
знамена |
|||||||||||||
теля Д (ш ) выражения для S (ш), содержащий |
все |
нули |
в верхней |
|||||||||||||||
полуплоскости; |
5 т (ш) — спектральная плотность случайной составляю |
|||||||||||||||||
щей полезного |
сигнала; |
Н ( р ) — идеальный преобразующий оператор; |
||||||||||||||||
8(/)— дельта-функция; |
8^ (/)— v-я |
производная |
от дельта-функции. |
|||||||||||||||
|
2. |
Подставляем |
выражение для |
k(t), |
составленное |
в соответствии |
||||||||||||
с формулой (8.53), в интегральное |
уравнение |
(8.23), |
имеющее |
вид |
||||||||||||||
г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/ |
[/?„(* — •0 + Яв ( * - '0 1 * С 0 * = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
со |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= То “Ь К У 4 “ • • • Ч- т Х + |
f |
|
|
|
|
|
|
О Д t Д Т. |
||||||||
Выражение, получившееся в результате этой подстановки, рас сматриваем как тождество. Это дает нам 21 однородных линейных уравнений относительно неизвестных постоянных.
Эти же уравнения могут быть получены, если подставить выраже ние (8.55) для <D(s) в интегральное уравнение (8.54).
3.Подставляем выражение для k (t), определяемое формулой (8.53),
вуравнения (8.15), где величины p,v определяются, если известен
преобразующий оператор Н(р), при |
помощи |
равенства (8.14). |
||||
В результате подстановки получаем г Д |
1 |
линейных уравнений |
||||
относительно неизвестных постоянных. |
|
|
||||
4. 21 |
уравнений, |
полученных |
из |
(8.23), |
и г Д 1 уравнений, по |
|
лученных |
из (8.9), |
дают систему |
из |
2 / Д г Д 1 |
уравнений отпоен- |
|
3 4 6 |
СИНТЕЗ |
ОПТИМАЛЬНЫХ СИСТЕМ С КОНЕЧНОЙ «ПАМЯТЬЮ» |
[ГЛ. VIII |
Для ошибки |
eg (t) мы можем написать: |
|
|
|
e*(O = |
C0f f ( f ) - b C ,g ( O + ^ £ ( O - b . . . + 7 f W 0 . |
(8.75) |
Зная |
k q, вообще говоря, всегда можно выбрать значения |
коэффи |
|
циентов ошибки С0, С(, . . . . Сг так, чтобы обеспечить удовлетво рение неравенства (8.74).
Именно в этом смысле задание коэффициентов ошибки опреде ляет динамическую точность воспроизведения системой заданной не случайной составляющей g(t) полезного сигнала.
После сделанных предварительных замечаний задачу, решаемую в этом параграфе, можно сформулировать следующим образом.
По заданным корреляционным функциям Я„,(т), /?„(т), заданному времени наблюдения Т„ и заданным коэффициентам ошибки С0, С1ч . . .
найти импульсную переходную функцию к (7) так, чтобы среднее значение квадрата случайной ошибки
= Пт к ~ |
/ |
f |
Г |
[ш(7 — х) + |
г |
dt |
(8.76) |
/ |
| m ( 0 — |
/ |
л (/ — x)]*(x)dxj |
||||
Т + со |
|
|
|
|
|
|
|
имело минимум. |
|
|
|
|
|
|
|
Другими |
словами, задача |
сводится |
к определению функции |
k(t), |
|||
обращающей выражение (8.76) в минимум и одновременно удовле
творяющей г —{—1 дополнительным |
условиям: |
|
1 — j k (т) d~ = С0, |
|
|
О |
|
|
Г|, |
|
|
f xft(x)rfx = |
C„ |
(8.77) |
|
|
|
f x'*(x)dx = ( - l ) ' MC,.
о
Таким образом, формально мы приходим к той же задаче на условный экстремум, которая уже была решена выше. Отличие со стоит лишь в способе выбора ограничивающих условий, налагаемых на искомую функцию k(t). Из сказанного ясно, что как метод ре шения задачи, рассмотренной в § 8.2, так и полученные выше фор мулы для импульсной переходной функции полностью применимы и для рассматриваемого в этом параграфе случая заданных коэффи циентов ошибки.
3 4 8 СИНТЕЗ ОПТИМАЛЬНЫХ СИСТЕМ С КОНЕЧНОЙ «ПАМЯТЬЮ» [ГЛ. VIII
Следовательно,
со со
е2( 0 = |
f |
— |
— |
— |
—оо |
—со |
со |
Г |
|
|
|
|
+ m(f — 0)]x(O)rf0 — 2 f v. (0) d6 f \g(t — x)-\-m(t — x)]X
—со |
0 |
X [S'(t — 0) tn (t — 0) + |
n (t — 0)] k (t) d~ + |
тт
|
+ |
f k { x ) d x f |
l g (t — x)-{-m(t — x) + n(t — x)}X |
|||||||
|
|
0 |
, |
0 |
|
|
|
|
|
|
Итак, |
|
|
X |
[§■ {t — 0) -1- m {t — 0) + |
n {t — 0)1 k (0) dO. |
|||||
|
|
т r |
r |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
M [E2 (0 ] = f |
у. (t) d x f |
|
2 |
Pi./ |
^ |
(^ - |
0)7 + |
|
|
|
|
|
0 |
Li, 7 = 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CO |
|
/ |
|
|
|
|
+ - Дт ( ^ - 0) |
•/. (0) dO — 2 |
f |
x(0) rf0 J |
./,y= 0 |
|
|
||||
|
|
|
|
— CO |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
Г |
|
T |
r r |
|
|
|
+ « « ( " - 8) k |
( T ) r f T + J *(T) rfx J |
|
2 |
Pi,у |
— x)/ |
0/ “ H |
||||
|
|
|
|
|
o |
|
Li.y'=° |
|
|
|
|
|
|
+ |
« /n( x - 0 ) |
+ |
/?n C ' - ° ) |
fc(0)rf0. |
(8.79) |
||
Решая обычную задачу вариационного исчисления на безусловный
минимум, получим следующее |
интегральное уравнение: |
г |
|
/ [«т ( ' - О ) + Ял ( ^ - 0 ) ] £ ( б М 0 = |
|
О |
|
оо |
г |
= |
/ |
tfffl( ^ - e ) - '- ( 0 ) t f 0 + £ v ‘n. |
0 < т < 7 \ |
|
|
|
|
л=о |
(8.80) |
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
«„ = |
( - D " S P / » ( - 1)i ( / 0 - " .(0 ) й 0 - Л , |
|||
|
|
/= 0 |
I -оо |
J |
|
|
Т |
|
|
p,v = |
J |
0^(0) d0. |
|
|
|
о |
|
|
i |
Из сопоставления уравнений (8.23) и (8.80) видно, что эти инте гральные уравнения имеют один и тот же вид. Следовательно, реше-
