Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
metods / Методы моделирования стохастических систем.pdf
Скачиваний:
255
Добавлен:
26.03.2015
Размер:
2.27 Mб
Скачать

определяют по (3.32) расчетное значение статистического критерия w* . Ос-

новная гипотеза принимается при выполнении условия

w

w

и откло-

 

 

0,5

 

няется в противном случае.

Рекомендации по определению необходимого объема выборки при заданной вероятности ошибок второго рода приводятся, например, в [12]. Там же содержится большой набор статистических критериев для пр оверки других вариантов параметрических гипотез.

Задача проверки однородности случайных выборок возникает, когда в распоряжении исследователя имеются результаты двух или более самосто я- тельных статистических экспериментов и желательна их совместная обр аботка. В таком случае необходима проверка гипо тезы о принадлежности имеющихся выборок к одной и той же генеральной совокупности. Для пр оверки таких гипотез применяются критерии однородности Смирнова-Колмогорова, Вилкоксона и др.

Критерий однородности Смирнова-Колмогорова по своей форме аналогичен критерию согласия Колмогорова. При проверке гипотезы об однородности двух случайных выборок x1,x2,…,xn и y1,y2,…,ym в качестве меры

 

 

 

 

x F

x

 

, где

расхождения рассматривается величина

 

m,n

max

F

 

 

 

x

x,n

y,m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fx,*n и Fy,*m - статистические функции распределения, определенные соответственно по первой и второй выборкам. Далее используется закон распреде-

ления Колмогорова (табл. 10) для случайной величины

mn

.

 

 

m n

3.8. Пример статистической имитационной модели системы со случайными параметрами

Рассмотрим модель процесса самонаведения в вертикальной плоскости летательного аппарата (ЛА) с радиолокационным координатором на некоторый объект (цель), в условиях однократного воздействия помехи типа ло ж- ной цели. Целью моделирования является оценка точности системы.

Движение ЛА (в наиболее упрощенном виде) описывается линеаризованной системой дифференциальных уравнений [14]:

d

K K ,

d

z ,

 

 

dt

dt

 

 

92

 

 

 

 

 

d z

 

L L M

 

 

N

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

z

в

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

в

 

 

kрп

 

 

1

 

 

 

dy

 

v ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

ла

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

Tрп

 

 

Tрп

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dyц

v

 

,

 

dD

v

 

 

v .

 

(3.33)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ц y

 

 

ц x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В уравнениях (3.33) использованы следующие обозначения пер еменных

состояния модели (рис. 34, 35): - угол наклона траектории ЛА;

-

угол

тангажа

ЛА; z

-

скорость

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

изменения угла тангажа ЛА;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в - угол отклонения рулей

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

высоты ЛА; yла - высота ЛА;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yц - высота цели; D - горизон-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тальная

проекция

дальности

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

"ЛА - цель".

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Постоянные

коэффици-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

енты и

параметры

модели:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K,L,M ,N - аэродинамиче-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ские коэффициенты;

Tр п,k р п -

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

постоянная времени и коэф-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

фициент

передачи

 

рулевого

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

привода;

v

- скорость ЛА;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v цx,vцy

-

горизонтальная

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вертикальная проекции скорости цели.

Сигнал управления ЛА формируется в виде = ст+ сн, где ст=i1 i2 z - сигнал стабилизации; i1,i2 - коэффициенты передачи автопилота; сн=- k сн( к ) - сигнал самонаведения по методу погони; kсн - коэффициент самонаведения; к - измеренный координатором угол наклона линии визир о- вания цели.

Будем учитывать только детерминированные ошибки измерения, об у- словленные наличием ложной цели.

При отсутствии ложной цели угол наклона линии визирования цели измеряется точно:

93

к ц yц yла .

D

При наличии ложной цели, если в пределах диаграммы направленности антенны координатора находятся обе цели (рис. 35,а), координатор на основе суммарного сигнала измеряет угловое положение некоторого эффективного центра отражения (ЭЦО):

 

 

 

 

 

yэцо yла

,

y

 

y

 

y

 

y

 

 

 

 

sц

 

, yлц=const,

к

эцо

 

эцо

лц

ц

лц

s

 

s

 

 

 

 

D

 

 

 

 

 

ц

лц

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где sц и sл ц - интенсивности радиолокационного сигнала соответственно истинной и ложной целей.

После выхода за пределы диаграммы направленности одно й из целей (разрешения целей) координатор измеряет соответственно угловое положение истинной цели (рис. 35,б) к= ц или ложной цели (рис. 35,в):

к лц yлц yла .

D

94

Для построения модели процесса наведения с учетом действия ра с- сматриваемой помехи дополним уравнения (3.33) моделью смены дискретных состояний системы управления, выделив их по признаку различия сигнала управления .

Множество состояний будет иметь вид X=(x1,x2,x3,x4), где x1 - наведение на истинную цель: сн=-k сн( ц );

x2 - наведение на ЭЦО: сн=-kсн( эцо );

x3 - наведение на ложную цель: сн=-k сн( лц );

x4 - отсутствие сигнала самонаведения (координатор работает в режиме

поиска цели): сн=0.

Логика смены состояний описывается графом на рис. 36,а и для случая однократного появления ложной цели иллюстрируется схемой на рис. 36,б.

На рис. 36,б отмечены моменты времени: t0 - начала моделируемого процесса наведения, t1 - появления ложной цели, t2 - разрешения целей, t3 - селекции ложной цели и переключения координатора в режим поиска цели, t4 - повторного захвата на сопровождение истинной цели, T - окончания процесса наведения.

Таким образом, на интервале времени [t0 ;T] могут иметь место следующие последовательности состояний, или фаз движения системы:

u1: x1;

u2: x1 x2 x1 ;

95

u3: u4: u5:

x1 x2 x3 ;

x1 x2 x3 x4 ;

x1 x2 x3 x4 x1 .

Переход из x1 в x2 возможен только в момент времени t1 и происходит с вероятностью p12. Момент t2 и соответствующий ему переход определяются изменением текущих координат моделируемых объектов. Интервалы времени t3 -t2 и t4 -t3 - непрерывные случайные величины, распределенные по экспоненциальному закону.

Таким образом, построенная модель реализует схему ДРС (подразд. 2.2). Отметим также, что система (3.33) после подстановки в правую часть четвертого уравнения выражений для оказывается нестационарной.

Точность системы характеризуется величиной конечной ошибки :

= (T)=y ц(T)-y л а(T),

(3.34)

где T определяется из условия D(T)=0.

Все параметры модели, включая начальные условия, можно разбить на четыре группы:

1. Детерминированные (фиксированные) параметры, характеризу ющие

элементы системы управления ЛА: K, L, M, N, Tрп, k рп, v, i1, i2, kсн, sц, .

2. Связанный параметр, определяемый в процессе моделирования:

t2 -t1 .

3.Случайные параметры, характеристики распределения которых оп-

ределяются предшествующими процессами в системе: t0 , начальные условия0, 0, z0, в0, yла0, D0, для уравнений (3.33), интервалы и . В эту группу включим также дискретный параметр с двумя возможными значениями (0 при отсутствии перехода в x 2 в момент t1 и 1 при наличии такого перехода).

4. Неопределенные параметры, характеризующие исследуемые условия применения системы: yц0, vцx, vцy, yлц, sлц, t1.

Таким образом, модель является стохастической, и для показателя качества (3.34) могут быть определены только средние характеристики.

Ограничимся оценкой математического ожидания конечной ошибки системы.

В условиях случайности и неопределенности ряда параметров в общем случае могут быть получены условные оценки m , соответствующие конкретным значениям неопределенных параметров и ко нкретным законам

96

распределения случайных параметров модели. Рассматриваемая модель нестационарной ДРС допускает только имитационное моделирование.

Пусть для моделируемой ситуации заданы:

-фиксированные значения yц0, vцx, vцy, yлц, sлц, t1;

-законы распределения случайных параметров, которые считаются ста-

тистически независимыми:

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D0

D0 max ,

f D0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

при

D0 min

 

 

D

 

 

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 max

 

 

0 min

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

при

 

D

D

 

 

 

или

D D

;

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

0 min

 

 

 

 

 

0

0 max

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e

3 3

при

 

 

 

 

0,

 

 

 

 

f 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

0

при

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

0;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e

4 4

 

при

 

 

0,

 

 

 

 

f 4

 

4

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

при

 

0;

 

 

P( =1)=p12, P( =0)=1-p12;

- для остальных случайных параметров фиксированные значения. Процедура статистического имитационного моделирования и оценки

m для заданной ситуации будет выглядеть следующим образом.

Должны быть получены n реализаций процесса наведения, начиная с t0, путем численного интегрирования на ЦВМ модели (3.33) с учетом смены дискретных состояний системы (серия опытов объемом n).

Перед каждым i-м опытом с помощью стандартного генератора случайных чисел , распределенных по равномерному закону в интервале [0; 1], "разыгрываются" значения случайных параметров модели:

(D0 )i =D0min+(D0max - D0min) 4i-3,

 

 

 

 

 

1

 

ln 1

 

,

3

 

 

4i 2

 

i

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

ln 1

 

,

4

 

 

 

4i 1

 

i

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

1

при

4i

p12,

 

 

 

 

 

 

 

4i

p12,

 

 

 

0

при

и рассчитывается значение Ti

 

D0i

v vцx

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

97

Укрупненная блок-схема получения i-й реализации процесса наведения представлена на рис. 37. В процессе моделирования определяется (t2)i, как момент, когда в первый раз окажется выполнено одно из условий: 1> или2> (рис. 35,б,в), - и определяется дальнейшее развитие процесса: переход x2 x1 при 2> или переход x2 x3 при 1> . После определения (t2)i

раcсчитываются (t3)i=(t2)i+( 3)i и (t4)i=(t3)i+( 4)i. В качестве результата i- го опыта регистрируется i = yц(Ti) - yла(Ti)

98