Научная статья на тему 'Функционалы чувствительности в задаче Больца для многомерных динамических систем, описываемых интегро-дифференциальные уравнениями с запаздыванием'

Функционалы чувствительности в задаче Больца для многомерных динамических систем, описываемых интегро-дифференциальные уравнениями с запаздыванием Текст научной статьи по специальности «Математика»

CC BY
109
38
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Проблемы управления
ВАК
Область наук
Ключевые слова
ФУНКЦИОНАЛ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ / ВАРИАЦИОННЫЙ МЕТОД / СОПРЯЖЁННОЕ УРАВНЕНИЕ / ИНТЕГРО-ДИФФЕРЕНЦАЛЬНОЕ УРАВНЕНИЕ / ЗАПАЗДЫВАЮЩИЙ АРГУМЕНТ / SENSITIVITY FUNCTIONAL / VARIATION METHOD / THE CONJUGATE EQUATION / INTEGER-DIFFERENTIAL EQUATION / DELAY TIME

Аннотация научной статьи по математике, автор научной работы — Рубан Анатолий Иванович

Вариационным методом построен функционал чувствительности для многомерных нелинейных динамических систем, описываемых интегро-дифференциальными уравнениями Вольтерра второго рода с чистым запаздыванием, а также с переменными и постоянными параметрами. Обобщённый функционал качества работы системы имеет форму Больца с интегральной и конечной компонентами. Значения запаздывания, начального и конечного моментов времени зависят от своих постоянных параметров, а фазовые координаты в начальной точке могут иметь разрыв. Приведены примеры, демонстрирующие получение из общего результата функционалов чувствительности для более простых интегро-дифференциальных моделей с запаздыванием.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по математике , автор научной работы — Рубан Анатолий Иванович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The sensitivity functional (the first variation of a quality functional in relation to variable and constant parameters) for the multivariate non-linear dynamic systems described by the integro-differential Volterra equations of the second kind with delay, and also with variables and constant parameters is constructed by the variation method. The generalized functional of system operation quality has Bolza form with integral and finite components. Values of delay, initial and finite time points depend on the constant parameters, and phase coordinates in starting point can have a rupture. The given examples show deriving sensitivity functionals from the general result for simpler integro-differential models with delay.

Текст научной работы на тему «Функционалы чувствительности в задаче Больца для многомерных динамических систем, описываемых интегро-дифференциальные уравнениями с запаздыванием»

А

нализ и синтез систем управления

удк 62-50

ФУНКЦИОНАЛЫ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ В ЗАДАЧЕ БОЛЬЦА ДЛЯ МНОГОМЕРНЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ, ОПИСЫВАЕМЫХ ИНТЕГРО-ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫМИ УРАВНЕНИЯМИ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ

А.И. Рубан

Вариационным методом построен функционал чувствительности для многомерных нелинейных динамических систем, описываемых интегро-дифференциальными уравнениями Вольтерра второго рода с чистым запаздыванием, а также с переменными и постоянными параметрами. Обобщенный функционал качества работы системы имеет форму Больца с интегральной и конечной компонентами. Значения запаздывания, начального и конечного моментов времени зависят от своих постоянных параметров, а фазовые координаты в начальной точке могут иметь разрыв. Приведены примеры, демонстрирующие получение из общего результата функционалов чувствительности для более простых интегро-дифференциальных моделей с запаздыванием.

Ключевые слова: функционал чувствительности, вариационный метод, сопряженное уравнение, ин-тегро-дифференцальное уравнение, запаздывающий аргумент.

ВВЕДЕНИЕ

При анализе и синтезе законов управления и методов идентификации, решении задач оптимизации [1—6] возникает необходимость получения показателей чувствительности — коэффициентов чувствительности (КЧ) (составляющих градиента функционала качества по постоянным параметрам) и функционалов чувствительности (ФЧ), связывающих первую вариацию функционала качества с вариацией переменных и постоянных параметров динамических систем. Некоторые переменные параметры могут выступать как управляющие воздействия. Наиболее употребительны показатели чувствительности первого порядка [1, 4—6]. В настоящей работе будут рассмотрены только ФЧ первого порядка.

Рассмотрим вектор выходов х(?) = х(?, а) динамической модели объекта при непрерывном времени ? е [t0, неявно зависящий от вектора постоянных параметров а, и функционал I, постро-

енный на основе траектории х(?) при ? е Коэффициентами чувствительности функционала I к постоянным параметрам а называют состав-

т

ляющие градиента: ((1/(а)т = VI; т. е. КЧ — это коэффициенты линейной связи между первой вариацией функционала и вариациями постоянных

т 81

параметров а: 81 = ((1/Са)8а = V — 8а,-. При

да, 1 1 = 1 1

переменных параметрах а(^ первая вариация функционала 81 и вариация параметров 8а(^) свя-

заны линейным

функционалом 81 = | У(?)8а(?)(?

функционалом чувствительности. Здесь У(?) — вектор-строка ядер. При постоянных параметрах

(II/сЪ = | ЩЛ.

о

о

Прямой метод расчета КЧ (путем дифференцирования функционала качества I работы объекта по постоянным параметрам а) требует знания функций чувствительности Ж(?), получаемых из решения соответствующих уравнений чувствительности; Ж(?) представляет собой матрицу коэффициентов пропорциональности между первой вариацией выходов модели и вариацией параметров: 8х(?) = Ж(?)8а. Например, для функционала

метров и от начального момента времени, зависимость запаздывания, начального и конечного моментов времени от постоянных параметров и наличие разрывов фазовых координат в начальной точке. Рассмотрен обобщенный функционал работы системы (задача Больца).

Работа продолжает исследования [11, 12], поэтому сохранены структура и обозначения из работы [11].

I =

|/0(x(i), а, получаем вектор-строку КЧ:

1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

dI/da = J [(5/0/3x) W(t) + 5/0/3a]di. Для нахождения

матрицы W(t) необходимо решать большое число (определяемое размерностью вектора а) векторных уравнений чувствительности.

При переменных параметрах указанный подход неприменим, ибо не существует функций чувствительности к переменным параметрам.

В книге [3] описан вариационный метод получения сопряженных уравнений и формул расчета ФЧ и КЧ, восходящий к работам Лагранжа, Гамильтона и Эйлера. В его основе лежит расширение исходного функционала путем включения в него динамических уравнений объекта (ограничений типа равенства) с помощью множителей Лаг-ранжа. Далее вычисляется первая вариация расширенного функционала относительно фазовых координат объекта и интересуемых параметров. Динамические уравнения для множителей Лагран-жа получают путем обращения в ноль (в первой вариации расширенного функционала) коэффициентов перед вариациями фазовых координат, благодаря чему вариация расширенного функционала существенно упрощается и в ней остаются только вариации параметров, т. е. получается простой вид ФЧ. Если все параметры постоянны, то коэффициенты перед вариациями параметров суть искомые КЧ. Данный метод применен и для расчета оптимальных управлений для динамических систем, описываемых гладкими обыкновенными дифференциальными и разностными уравнениями [3]. Метод распространен и на более сложные дискретные и непрерывные системы с постоянными и переменными параметрами [4, 6—14].

В настоящей работе вариационный метод развивается применительно к динамическим системам, описываемым векторными интегро-дифференци-альными уравнениями с постоянными и переменными параметрами и с чистым запаздыванием по синхронизующей переменной (например, времени). Учтены также зависимость возмущающего воздействия модели объекта от переменных пара-

Предполагаем, что исследуемая оптимизируемая по переменным а(?) и постоянным параметрам а/1, аХо, , а11, ат динамическая система описывается системой нелинейных обыкновенных ин-тегро-дифференциальных уравнений (ИДУ) с интегральной частью типа Вольтерра второго рода и с чистым запаздыванием т:

X (?) = /(х(?), х(? - т), у(?), у(? - т), а(?), ?),

?0 т ? т о < т, '

у(?) = г(а(?), ?0, ?) + | К(?, х(5), - т), у(5),

у(5 — т), а(^), 5)^5, ?0 т ? т

т = ?0 = ?0(а'0 ^ = ?1(а'1 ), (1) х(?) = ух(а(?), ?), ? е [?0 - т, <0), х(?0) = Х)(аХо, ?0),

у(?) = Уу(а(?), ?), ? е [?0 - т, <0).

Здесь т, ?0, ?1 — запаздывание, начальный и конечный моменты времени работы системы; х, у — вектор-столбцы фазовых координат; а(?), аХо, а1о,

а 1, а — вектор-столбцы интересующих нас пере' т

менных и постоянных параметров; /(•), г(-), т("), ?0(-), ?1(-), ухО, х0(-), уу(-) — известные непрерывно дифференцируемые ограниченные вектор-функции. Фазовые координаты х, у в исходной точке могут совершать разрыв:

х+(<0) - х(?0 + 0) = х,( ах0, ?0) * х(?0 - 0) - х-(?0) = = Ух^^ ?0):*

У+(?0) - у(?0 + 0) = г (а, ?0, ?0) * у(?0 - 0) - У-(?0) = = у/а^Х ^

Указанный разрыв (в силу расчета х, у на основе сглаживающего интегрального преобразования) не оказывает влияния на непрерывность фазовых координат в моменты времени ?0 + пт, п = 1, 2, ...

о

Модель измерительного устройства (ИУ) задана уравнением

п(1) = п(х(1), у(0, а(0, О, г е [*0, Г1), (2)

где п(') — известная непрерывная, непрерывно дифференцируемая, ограниченная (вместе с первыми производными) вектор-функция. В эту модель входят также переменные параметры а(г). Размерности векторов х, у и п в общем случае различны.

На переменных п(1) построен функционал качества работы системы

1(а) = |/0(п(О, а(г), ОЛ + !^1(п(г1>, а^, г1), (3)

который явно и неявно зависит от параметров. К ранее указанным параметрам добавляется вектор а 1 . Условия для функций /0(') и 11(-) те же, что

и для ранее введенных функций/(•), г(•), К(-), т(-), г0(в), ух('), х0(в) и уу('). При использовании функционала (3) задачу оптимизации в теории оптимального управления называют задачей Больца. Из нее как частные варианты следуют задача Лаг-ранжа (когда присутствует только интегральная составляющая, т. е. когда 11(-) = 0) и задача Майера (когда присутствует только вторая составляющая — функция от фазовых координат в конечной точке, т. е. когда /0(-) = 0).

В предыдущих работах [8, 11] с интегро-диф-ференциальными моделями объекта без чистого запаздывания были рассмотрены задачи Лагранжа [8] и Больца [11]. В работах [7—9] для объектов, описываемых интегральными моделями без чистого запаздывания, также были исследованы задачи Лагранжа [7, 8] и Больца [9]. В работе [9] получены КЧ. В работах [10, 12] для объектов с интегральными моделями и с чистым запаздыванием рассмотрены соответственно функционалы качества, соответствующие задачам Лагранжа [10] и Больца [12]. В работе [12] найдены только КЧ. В работе [10] для задачи Лагранжа и для сравнительно простой модели построены ФЧ и КЧ. В настоящей работе результаты [10] обобщены на задачу Больца, с учетом более общего вида интегральных и интег-ро-дифференциальных моделей с чистым запаздыванием, со смешанными параметрами (переменными и постоянными) и с учетом разрывов фазовых координат в момент начала работы динамического объекта.

Рис. 1. Интегро-дифференциальная модель

Схема взаимодействия между переменными модели объекта, измерительного устройства и функционала качества приведена на рис. 1.

При получении соответствующих результатов для сокращения записи формул (1)—(3) используем очевидные обозначения: /(г) - /(х(1), х(1 — т), у(1), у(1 - т), а(г), г), г(1) - г(а(г), г0, г), ко, 5) - ко, х(5), х(5 - т), у(^), у(5 - т), а(^), 5), п(г) = п(х(г), у(1), а(г), 0, /,0) -/0(п(0, а(г), г), ^ - 11(п(г1), а71, г1).

При получении ФЧ перейдем от ИДУ (1) к соответствующему интегральному уравнению (ИУ), получим более общие по сравнению с работой [10] результаты, а затем вернемся к исходным переменным. Удобство интегро-дифференциальной модели в ее структурной универсальности. При упрощении модели в полученных окончательных результатах достаточно обратить в ноль соответствующие слагаемые. Этот прием мы продемонстрируем в заключительной части статьи.

2. ОСНОВНОЙ РЕЗУЛЬТАТ

Сопряженные уравнения имеют интегро-диф-ференциальный вид:

- ^ (г) = ¡Г (0 + ф/Л +

х х дх (г) у дх (г)

+

^ + I г Г О + кг1 - т - г) х

дп( г) дх (г) у дх (г)

г

(г + т)д/( 1+т ) + ф (г1)дК( г 1 ' г+т - +

^ ' дх (г) ^ ' дх (г)

1

, г т.чдК(г + т)

г + т

х

(г1) = ф^1),

, г е [г0, г1),

г

о

X

/ (?) = хТ (?) /) + ф (?1)д1( ?1 , ?) + дд(0 +

' хУ 7ду(?) ук ' ду(?) дп(?) ду(?)

'1

+ ГуТ(5) д|(5_0 + 1(?1 - т - ?) X

л у ау( ?)

(? + т)д/( ? + т ) + ф (?1)д1( ?' ? + т ) +

+

ду (?)

Т(с) д1(5, ? + т)

I у; (5)

' + т

у ^ ду

ду (?)

, ?0 < ? < ?1;

уТ (?) = 1(?1 - т - ?)

х; (? + т) +

х 4 ' дх( ?)

+ фу(?1) ^ ?/ т - + уТ(5)д1( * ? + т -

дх (?)

уТ (?) = 1(?1 - т - ?)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

дх (?)

Х;Т (? + т) ^^ +

х ду (?)

+ фД?1) д1( ?, ? + т - + Г уТ(5) дК( ? + т -

^ ду (?) 1 ду (?)

' + т

?0 - т т ? < ?0.

(4)

Здесь Фх(?1) - ^ Щ , фу(?1) - дЩ. дШ?!), дп(?1) дх(?1) У дп(?1) ду(?1) 1(г) — стандартная селективная единичная функция: 1(г) = 1, если 0 < г; 1(г) = 0, если г т 0.

Вариационным методом получаем следующий ФЧ (метод идейно не сложный, но промежуточные формулы достаточно громоздки и они не приводятся):

81 = 1

д/0( ?- дп ( ?) + д/0С£) + у;(?) дтСО +

дп(?) да(?) да(?)

да( ?)

+ (?)/) + ф (?1)дКСЛо +

хЧ да(?) ^ ' да(?)

'

+ I^^

8а(?)^? +

д11 ( ?1 - дп ( ?1 -д п( ?1) да( ?1)

+

+ ф ^Л дг(?1) "|8, .к , д1х(?1 )8 +ф(? ^ м?' + 5а'1

+

+ хТ (?„) 8ахо + |

дах

'п - т

_Т (?) д^х( а ( ?) , ?-

да( ?)

Т/Лдуу(а(?), ?)

+ У„ (?) ^

да( ?)

8а(?)^? +

Т

Х; (?0)

Гдх0(ахп, ?0)

д?.

0

-/(?0)| + 1(?1 - ?0 - т) Х;

х (?0 + т)(/(?0 + т - 0) - /(?0 + т + 0)) +

+ фу(Ы Щр- - 1(?1, ?0) + 1(?1 - ?0 - т) *

д?0

X |(?1, ?0 + т - 0) - К?1, ?0 + т + 0)) - /,(?0) +

1 '1 +1У;Т(?) (ддт -1(?, ?0))+ 1(?1 - ?0 - т) | уТ(?)х

X [|(?, ?0 + т - 0) - 1(?, ?0 + т + 0)]Л

+ фх(?1^/(?1) + фу(?1)

¿?0 8 41— 8а' +

¿а, 'о 'о

дгф + |(?1, ?1) + д?1

+

г

д?1

+

д11 ( ?1 - дп ( ?1 ) + д11 ( ?1 -

дп( ?1) д?1

+

д?1

+ /0(?1)

¿?1 о ,

-8а 1 +

5а 1 '

1Т 1(?1 - ?0 - т) Х; (?0 + т) х

* ( Т

X (/(?0 + т - 0) - /(?0 + т + 0))

I х; (?)1

+ фу(?1)

д/( ?) ¿х( ? - т ) + д/( ?) ¿у( ? - т ) | + дх(?- т) d(?- т) ду(?- т) d(?- т) )

1(?1 - ?0 - т)1(?1, ?0 + т - 0) -

'1 ( 1

1(?1, ?0 + т + 0)) - ГI д|(^ ¿х^-!) + 4 0 1 ^дх(5 - т) ¿(5 - т)

+ д1( ?1 , 5 ) ¿у(5 - т ) | ^ ду(5 - т) d(5 - т)

+ 1(?1 - ?0 - т) I У;Т(?) X

X (|(?, ?0 + т - 0) - 1(?, ?0 + т + 0))d?

' Г

I^(?) I [

д1( ?, 5 ) ¿х( 5 - т ) дх(5 - т) d(5 - т)

+ д1( ?, 5) ¿у( 5 - т ) | dsd? ду(5- т) d(5- т)

(5)

Полученная форма представления сопряженных уравнений и функционала чувствительности позволяет легко выписать результаты при рассмотрении отдельно дифференциальных и интегральных моделей либо их различных комбинаций.

х

' + т

о

о

о

^ + т

о

о

3. ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ФУНКЦИОНАЛА ПРИ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ МОДЕЛИ ОБЪЕКТА

Уравнения для модели объекта и измерительного устройства в этом случае имеют вид:

х (?) = /(х(?), х(? - т), а(?), ?), ?0 < ? < ?1, 0 < т, т = т(ат), ?0 = ?0( а 'о), ?1 = ?1( а '1),

х(?) = Vx(а(?), ? е [?0 - т ?0), х(?0) = х0(ахо, ?0);

п(?) = п(х(?), а(?), ?), ? е [?0, ?1].

Вид функционала качества (3) не меняется. Схема взаимодействия между всеми переменными системы представлена на рис. 2.

В итоговых результатах (4), (5) необходимо учесть отсутствие зависимости от у(?) в функциях / и п, а также отсутствие функций г, I, и переменных уу(?), у (?). Сопряженные уравнения имеют вид:

- хТ (?) = Х;Т (?) д/(£1 + «) МО

х х дх(?) дп(?) дх(?)

+

+ К?1 - т - ?) (? + т) /х^, ?0 т ? т ?' хТ (?') = фх(?'),

-Т У х

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

(?) = 1(?1 - т - ?) Х(? + т) /х^ ,

?0 - т т ? т ?0.

Упрощается и ФЧ:

81 = I

'о 1 1 + I ^(?) ^ + ^ ^ 8а(?1)

д/0( ?) дЛ ( ?) + дШ + Х т(?)

?) да(?) да(?) да(?)

8а(?)d? +

'п - т

+

дп(? ) да(? )

+

311 (?1)

да >

8а^ + Хх (?0)

дх0 ( аx0, ?0 )

да х

8 ах + хо

+

Х1 (?с)

дх0(«х^ ?0)

- /(?0 )| + 1(?' - ?0 - т) х

х х; (?0 + т)/(?0 + т - 0) - /(?0 + т + 0))

8а' +

/ + ^ ^ + дп(?1) д?1

ф

+

д11 (?1)

?

Г- + /с(?1)

0? о ,

-—8а 1 + аа 1 '

1(?1 - ?0 - т) X

X х; (?0 + т)(/(?0 + т - 0) - /(?0 + т + 0))

'1

ГхТ(?) _М0_ ¿хы) а?

J хЧ'дх(?-т) 0(?-т)

о

¿т о

—— 8а .

а а т

Если параметры а(?) постоянные (т. е. а(?) = а, 0 - т < ? < то КЧ к параметрам а, а^ , ахо, а'о, а 1 и а имеют вид:

'1 т

?

1

01 = Г

¿а J

д/0 ( ?) ( ?) + дШ + х Т(?) д/!?)

дп( ?) да да х да

а? +

+

1 1 'о

^ дп(?и + г уТ(?)х( а ?- а?,

дп(?1) да 'о- т х

а

01 _ д11 (?1) 01 _ . г„ ,дх0(ахо, ?0)

0а г да г 0 а х х 0 V а х

хо ^ хо

01 0<4

х(?»)

дх0(ах , ?0)

0 -д;° 0 - /(?0) д?0

+

+ 1(?1 - ?0 - т)х;(?0 + т)(Л?0 + т - 0) -

-/(?0 + т + 0)) - /0(?0>

а?0

0а'

01 = а а ^

фх(?1)/(?1) + ^ д^пс^ +

дп( ?1) д?1

+ ^ + /0(?-)

д?1

а?1

0а !'

Рис. 2. Дифференциальная модель

и

0ат

1(?' - ?0 - т) х;(?0 + т/ + т - 0)

'1

- /(?0 + т + 0)) - I х(?) ^ *

ат а ат

о

о

4. ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ПРИ ВАРИАНТАХ ИНТЕГРО-ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ МОДЕЛИ ОБЪЕКТА

Вариант 4.1. В исходной постановке задачи меняются уравнения модели объекта и измерительного устройства:

х(г) = /(х(1), х(1 - т), а(1), г), 10 т г т г1,

0 < т х(10) = х0(ахо , 10),

у(1) = г(а(1), 10, г) + |К(1, х(5), х(5 - т), у(5),

го

у(5 - т), а(5), 5) (5, г0 < г < 11;

т = т(ат), г0 = г0( а г0 ^ = А а г1), х(1) = ух(а(1), г), г е [10 - т, 10),

х(10) = х0( аX0 , г0),

у(1) = Уу(а(г), г), г е [^ - т,

п(1) = п(у(1), а(1), г), г е г1].

Схема взаимодействия между переменными модели объекта, измерительного устройства и функционала качества приведена на рис. 3.

В итоговых результатах (4), (5) необходимо учесть, что дп/дх = 0, Фх(11) = 0, д/(1)/ду(1) = 0, д/(1 + т)/ду(1) = 0.

Вариант 4.2. Уравнения модели объекта и измерительного устройства имеют вид:

х(г) = /(у(1), у(1 - т), а(1), г), 10 т 1 т г1, 0 < т,

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

у( 1) = г (а( 1), 10, 1) + | К( 1, х(5), х(5 - т), у(5),

го

у(5 - т), а(5), 5) (5, 10 < 1 < 11; т = т(ат), 10 = 10( а го ), 11 = 11( а ^), х(1) = Ух(а(1), 1), 1 е [10 - т, 10),

х(10) = х0( аX0 , 10),

у(1) = уу(а(1), 1), 1 е [10 - т, 10);

п(1) = п(у(1), а(1), 1), 1 е [10, 11].

Схема взаимодействия между переменными модели объекта, измерительного устройства и функционала качества приведена на рис. 4. В общих результатах (4), (5) для сопряженных уравнений и ФЧ следует положить дп/дх = 0, Фх(11) = 0,

Рис. 3. Интегро-дифференциальная модель: вариант 4.1

Рис. 4. Интегро-дифференциальная модель: вариант 4.2

Рис. 5. Интегро-дифференциальная модель: вариант 4.3

д/(1)/дх(1) = 0, д/(1 + т)/дх(1) = 0. Формула расчета ФЧ сохраняет тот же вид, что и в предыдущем варианте.

Вариант 4.3. Уравнения для модели объекта и измерительного устройства имеют вид:

х (1) = /(х(1), х(1 - т), у(1), у(1 - т), а(1), 1), 10 т 1 т 11, 0 < т,

у(1) = г (а(1), 10, 1) + I К(1, у(5), у(5 - т), а(5),

10 т 1 т 11;

т = т(ат), 10 = 10(аго ), 11 = 11(а^ ), х(1) = Ух(а(1), 1), 1 е [10 - т, 10),

х(10) = х0(ах0 , 10),

у(1) = Уу(а(1), 1), 1 е [10 - т, 10);

п(1) = п(у(1), а(1), 1), 1 е [10, 11].

Основной является переменная х. Она удовлетворяет дифференциальному уравнению. Переменная у выступает в качестве входного воздействия для основной дифференциальной модели и удовлетворяет самостоятельному интегральному уравнению. Схема взаимодействия между переменными приведена на рис. 5.

I

о

ЛИТЕРАТУРА

Рис. 6. Интегро-дифференциальная модель: вариант 4.4

Из общих результатов (4), (5) с учетом того, что дп/ду = 0, Фу(11) = 0, дК(5, 1)/дх(1) = 0, дК(5, 1 + + т)/дх(1) = 0, следует выписать сопряженные уравнения и ФЧ.

Вариант 4.4. Уравнение для модели объекта имеет вид

х (1) = /(х(1), х(1 - т), у(1), у(1 - т), а(1), 1), 10 т 1 т 11, 0 < т,

y(t) = r(a(t), t0, t) + J K(t, x(s), x(s — t), a(s),

t0 m t m t;

t - T(aT^ t0 - t0(at0), ^ - t1(at1), x(t) - yx(a(t), t), t e [t0 - t, t0)

0

x(t0) x0(aX0 , t0),

у(1) = Уу(а(1), 1), 1 е [10 - т, 10).

Переменная у является вспомогательной. Она отражает сравнительно простую интегральную связь с основной переменной х. Выход измерительного устройства также зависит только от основной переменной п(1) = п(х(1), а, 1), 1 е [10, 11].

Схема взаимодействия между переменными приведена на рис. 6.

В итоге из (4), (5) с учетом того, что дп/ ду = 0,

Фу(11) = 0, дК(5, 1)/ду(1) = 0, дК(5, 1 + т)/ду(1) = 0 получаем сопряженные уравнения и ФЧ. Формула расчета ФЧ сохраняет тот же вид, что и в предыдущем варианте.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Вариационный метод расчета коэффициентов и функционалов чувствительности допускает обобщение на задачи Больца для более сложных классов динамических систем, описываемых различными разрывными интегральными и интег-ро-дифференциальными уравнениями — см. расчет коэффициентов чувствительности для моделей в виде разрывных дифференциальных уравнений без запаздывания [13] и с запаздывающим аргументом [14].

1. Методы теории чувствительности в автоматическом управлении / Под ред. Е.Н. Розенвассера и Р.М. Юсупова. — Л.: Энергия, 1971. — 341 с.

2. Спиди КБраун Р., Гудвин Дж. Теория управления: идентификация и оптимальное управление. — М.: Мир, 1973. — 248 с.

3. Брайсон А., Хо Ю-Ши. Прикладная теория оптимального управления. — М.: Мир, 1972. — 544 с.

4. Рубан А.И. Идентификация нелинейных динамических объектов на основе алгоритма чувствительности. — Томск: Изд-во Томск. ун-та, 1975. — 270 с.

5. Розенвассер Е.Н., Юсупов Р.М. Чувствительность систем управления. — М.: Наука, 1981. — 464 с.

6. Рубан А.И. Идентификация и чувствительность сложных систем. — Томск: Изд-во Томск. ун-та, 1982. — 302 с.

7. Рубан А.И. Коэффициенты и функционалы чувствительности для многомерных систем, описываемых интегральными уравнениями // Сб. науч. тр. Новосибирского государственного технического университета. — 1996. — № 2 (4). — С. 64—72.

8. Rouban A.I. Coefficients and functionals of sensitivity for multivariate systems described by integral and integro-differetial equations // Advances in Modeling & Analysis: Series A. Mathematical Problems; General Mathematical Modeling. France: A.M.S.E. — 1999. — Vol. 35, N 1. — P. 25—34.

9. Рубан А.И. Коэффициенты чувствительности в задаче Больца для многомерных систем, описываемых обобщенными интегральными уравнениями // Информатика и системы управления: Межвуз. сб. науч. тр. / НИИ ИПУ. — Красноярск, 2000. — Вып. 5. — С. 272—279.

10. Rouban A. I. Coefficients and functionals of sensitivity for continuous many-dimensional dynamic systems described by integral equations with delay time // 5th Intern. Conf. on actual Problems of Electronic Instrument Engineering. Proceedings APEIE-2000. — Novosibirsk, 2000. — Vol. 1. — P. 135—140.

11. Рубан А. И. Коэффициенты чувствительности в задаче Больца для многомерных систем, описываемых обыкновенными интегро-дифференциальными уравнениями // Информатика и системы управления: Межвуз. сб. науч. тр. / НИИ ИПУ. — Красноярск, — 2001. — Вып. 6. — С. 58—68.

12. Рубан А.И. Коэффициенты чувствительности в задаче Больца для многомерных динамических систем, описываемых интегральными уравнениями с запаздыванием // Там же. — С. 69—80.

13. Рубан А.И. Коэффициенты чувствительности для разрывных динамических систем // Изв. РАН. Теория и системы управления. — 1997. — № 4. — С. 41—47.

14. Рубан А.И. Коэффициенты чувствительности разрывных динамических систем с запаздыванием // Проблемы управления. — 2011. — № 4. — С. 53—59.

Статья представлена к публикации руководителем РРС

В.В. Огурцовым.

Анатолий Иванович Рубан — д-р техн. наук, зав. кафедрой,

Сибирский федеральный университет, г. Красноярск,

Ш (391) 291-22-34, (391) 291-22-96,

И ai-rouban@mail.ru, rouban@mail.ru.

t

0

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.