Параметрическая идентификация математических моделей в форме дробно-рациональных зависимостей на основе разностных уравнений


Цитировать

Полный текст

Аннотация

Рассматривается численный метод определения параметров математических моделей в форме дробно-рациональных функциональных зависимостей. В основе метода лежит итерационная процедура среднеквадратичного оценивания коэффициентов разностных уравнений, описывающих результаты наблюдений. Такой подход к решению задачи идентификации дробно-рациональных функциональных зависимостей позволяет обеспечить высокую адекватность построенной математической модели и, как следствие, добиться высокой точности оценивания её параметров.

Полный текст

Проблема параметрической идентификации математических моделей, описывающих динамические процессы различной физической природы в форме дробно-рациональных зависимостей, является одной из важнейших проблем в математическом моделировании. Исследование динамических процессов в форме дробно-рациональных функциональных зависимостей, которые являются точным или приближенным решением нелинейных дифференциальных уравнений, широко применяется в практике научно-технического и промышленного эксперимента. Например, в машиностроении для описания затухания амплитуды колебаний диссипативной механической системы обычно используется нелинейная функциональная зависимость вида [1] a(t) = a0 1 + (n − 1) δ0 t T 1−n , которая может быть аппроксимирована более простой дробно-рациональной функцией [2]: n δ0 t 2 −1 δ0 t , (1) + 1− a(t) = a0 1 + ˜ T 2 T где a0 — начальная амплитуда колебаний; δ0 и T — декремент и период колебаний; n — характеристика нелинейности диссипативной силы. В частности, при турбулентном трении (n = 2) формула (1) задаёт гиперболическую зависимость [1, 2]: δ0 t −1 . a(t) = a0 1 + T 102 Параметрическая идентификация математических моделей . . . Другим примером математического описания исследуемого объекта дробно-рациональными зависимостями является гиперболическая зависимость квадрата амплитуды a(ω) вынужденных колебаний линейной диссипативной системы от частоты возбуждения [3, 4]: a2 (ω) = 2 4 P0 ω0 , 2 (ω0 − ω 2 )2 + 4h2 ω 2 (2) где P0 — амплитуда гармонического возбуждения; ω0 — собственная (резонансная) частота системы; h — коэффициент демпфирования. Известны методы оценивания параметров дробно-рациональных зависимостей вида (1) или (2), например, метод определения параметров характеристики сопротивления по огибающей экспериментальной виброграммы [1], метод «затухающих колебаний» [1, 5], метод «кривой резонанса» [1, 5], обладающие рядом существенных недостатков, к которым можно отнести, вопервых, линеаризацию (упрощение) математической модели в той или иной форме, во-вторых, принципиальную невозможность применения статистических методов оценивания при обработке результатов измерений и, в-третьих, использование, как правило, громоздких промежуточных графических построений без какой-либо ориентации на применение современных средств вычислений и обработки информации. Вследствие этого эти методы обладают невысокими точностью и помехозащищенностью. Одним из эффективных путей решения этой проблемы является применение численного метода, в основе которого лежат линейно-параметрические дискретные модели, описывающие в форме разностных уравнений результаты наблюдений [2]. Параметрическая идентификация нелинейных функциональных зависимостей производится на основе среднеквадратичного оценивания коэффициентов обобщённой регрессионной модели, которые известным образом связаны с параметрами дробно-рациональных функций. В основе параметрической идентификации с использованием численного метода лежит вычисление таких оценок параметров математической модели, которые минимизируют величину её отклонения от результатов наблюдений по евклидовой норме в N -мерном арифметическом пространстве: N −1 y−y ˆ 2 (yk − yk )2 → min, ˆ = (3) k=0 где yk — результаты наблюдений; yk — результаты вычислений на основе поˆ строенной математической модели. Численный метод определения параметров дробно-рациональных зависимостей на основе разностных уравнений включает следующие основные этапы: – формирование выборки результатов наблюдений yk (k = 0, 1, 2, ..., N − 1) с периодом дискретизации τ , где N — объём выборки; – построение разностных уравнений, рекуррентно описывающих дискретные значения дробно-рациональной функции; – построение разностных уравнений, описывающих результаты наблюдений и формирование на их основе обобщенной регрессионной модели; 103 З о т е е в В. Е., Р о м а н ю к М. А. – среднеквадратичное оценивание коэффициентов разностного уравнения; – вычисление оценок параметров математической модели в форме дробно-рациональной зависимости; – оценка погрешности результатов вычислений. Рассмотрим применение численного метода на основе разностных уравнений в задаче параметрической идентификации математических моделей, описываемых дробно-рациональными функциями вида c0 , 1 + c1 t c0 y(t) = ˆ , 1 + c1 t + c2 t2 c0 + c1 t . y(t) = ˆ 1 + c2 t + c3 t2 (4) y(t) = ˆ (5) (6) Полагая в равенствах (4)–(6) t = tk = τ k, где τ — период дискретизации, k = 0, 1, 2, 3, . . ., получаем уравнения, описывающие последовательности дискретных значений дробно-рациональных зависимостей: yk = ˆ c0 , 1 + c1 τ k yk = ˆ c0 , 1 + c1 τ k + c2 τ 2 k2 yk = ˆ c0 + c1 τ k . 1 + c2 τ k + c3 τ 2 k2 Рассмотрим построение разностного уравнения, рекуррентно описывающего последовательность дискретных значений дробно-рациональной зависимости (4). Очевидно, что имеет место равенство yk = λ1 + λ2 kˆk , ˆ y где λ1 = c0 и λ2 = −c1 τ . В то же время справедливо соотношение yk−1 = λ1 + λ2 (k − 1)ˆk−1 . ˆ y Отсюда для значений k = 1, 2, 3, . . . получаем разностное уравнение вида yk − yk−1 = λ2 [kˆk − (k − 1)ˆk−1 ], ˆ ˆ y y которое можно дополнить равенством y0 = c0 = λ1 . Аналогично формируˆ ются разностные уравнения, рекуррентно описывающие последовательности дискретных значений дробно-рациональных зависимостей (5) и (6):  ˆ  y 0 = λ1 , yk − yk−1 = λ2 [kˆk − (k − 1)ˆk−1 ] + λ3 [k2 yk − (k − 1)2 yk−1 ], ˆ ˆ y y ˆ ˆ  k = 1, 2, 3, . . . , где λ1 = c0 , λ2 = −c1 τ , λ3 = −c2 τ 2 ;  ˆ  y0 = λ1 , yk − yk−1 = λ2 + λ3 [kˆk − (k − 1)ˆk−1 ] + λ4 [k2 yk − (k − 1)2 yk−1 ], ˆ ˆ y y ˆ ˆ  k = 1, 2, 3, . . . , 104 Параметрическая идентификация математических моделей . . . где λ1 = c0 , λ2 = c1 τ , λ3 = −c2 τ , λ4 = −c3 τ 2 . Представленные выше соотношения лежат в основе построения стохастических разностных уравнений, описывающих результаты наблюдений yk (k = 0, 1, 2, . . . , N − 1) при исследовании математических моделей процессов в форме дробно-рациональных зависимостей. Результаты эксперимента yk могут быть представлены в виде yk = yk + εk , ˆ (7) где величина εk характеризует отклонение результата измерений yk от дискретного значения дробно-рациональной функции yk , используемой в качеˆ стве математической модели исследуемого процесса. Относительно характера величины εk (вообще говоря, случайной) пока никаких суждений делать не будем, что позволит существенно расширить область применения численного метода. С учётом соотношения (7) полученные выше формулы запишем так:  y0 = λ1 + ε0 ,   y − y k k−1 = λ2 [kyk − (k − 1)yk−1 ] + ηk+1 , (8) ηk+1 = [λ2 (k − 1) − 1]εk−1 + (1 − λ2 k)εk ,    k = 1, 2, . . . , N − 1;  y0 = λ1 + ε0 ,   y − y 2 2 k k−1 = λ2 [kyk − (k − 1)yk−1 ] + λ3 [k yk − (k − 1) yk−1 ] + ηk+1 , (9) 2 2  ηk+1 = [λ2 (k − 1) + λ3 (k − 1) − 1]εk−1 + (1 − λ2 k − λ3 k )εk ,   k = 1, 2, . . . , N − 1;  y0 = λ1 + ε0 ,   y −y =λ +λ [ky − (k − 1)y ] + λ [k2 y − (k − 1)2 y ] + η , 2 3 4 k k−1 k k−1 k k−1 k+1 (10) ηk+1 = [λ3 (k − 1) + λ4 (k − 1)2 − 1]εk−1 + (1 − λ3 k − λ4 k2 )εk ,    k = 1, 2, . . . , N − 1. Построенные разностные уравнения (8)–(10) в матричной форме принимают вид обобщённой регрессионной модели: b = F λ + η; η = Pλ ε. (11) Для дробно-рациональной зависимости (4) переопределённая система линейных алгебраических уравнений b = F λ описывается следующими соотношениями: λ = (λ1 , λ2 ) — вектор коэффициентов разностного уравнения; b = (y0 , y1 − y0 , y2 − y1 , . . . , yN −1 − yN −2 ) — N -мерный вектор правой части системы;   1 0 0 y1    2y2 − y1 0  F =  . .  . . . . 0 (N − 1)yN −1 − (N − 2)yN −2 105 З о т е е в В. Е., Р о м а н ю к М. А. — (N × 2)-матрица регрессоров. Для дробно-рациональной зависимости (5) имеем λ = (λ1 , λ2 , λ3 ) , b = (y0 , y1 − y0 , y2 − y1 , . . . , yN −1 − yN −2 ) ,   1 0 0 y1 y1 0  0  4y2 − y1 2y2 − y1  , F =  . . . .  . . . . . 0 (N − 1)yN −1 − (N − 2)yN −2 (N − 1)2 yN −1 − (N − 2)2 yN −2 а для зависимости (6) — λ = (λ1 , λ2 , λ3 , λ4 ) , b = (y0 , y1 − y0 , y2 − y1 , . . . , yN −1 − yN −2 ) ,   1 0 0 0 y1 y1  0 1  0 1 2y2 − y1 4y2 − y1 .  F =  . . . .  . . . . . . . . 0 1 (N − 1)yN −1 − (N − 2)yN −2 (N − 1)2 yN −1 − (N − 2)2 yN −2 Вектор η = (η1 , η2 , . . . , ηN ) , описывающий эквивалентное возмущение в обобщённой регрессионной модели b = F λ + η, есть линейное преобразование вектора остатков ε = (ε0 , ε1 , . . . , εN −1 ) . Элементы матриц Pλ = {pij } (i, j = 1, 2, 3, . . . , N ) линейного преобразования вектора остатков для дробнорациональных зависимостей (6)–(9) соответственно описываются следующими формулами:  1, i = j = 1;   1 − λ (i − 1), 2 i = j; 2 pij = λ2 (i − 2) − 1, i = j + 1;   0, i < j, i > j + 1;  1, i = j = 1;   1 − λ (i − 1) − λ (i − 1)2 , 2 i = j; 2 3 pij = λ2 (i − 2) + λ3 (i − 2)2 − 1, i = j + 1;   0, i < j, i > j + 1;  1, i = j = 1;   1 − λ (i − 1) − λ (i − 1)2 , 2 i = j; 3 4 pij = 2  λ3 (i − 2) + λ4 (i − 2) − 1, i = j + 1;  0, i < j, i > j + 1. В рассматриваемом численном методе вычисление коэффициентов разностных уравнений, описывающих результаты наблюдений, сводится к решению регрессионной задачи (11): нахождению среднеквадратичных оценок, минимизирующих функционал (3): y − y 2 = ε 2 → min. При решении ˆ регрессионной задачи применяется итерационная процедура уточнения среднеквадратичных оценок коэффициентов разностного уравнения [2], которая включает следующие основные шаги: 106 Параметрическая идентификация математических моделей . . . ˆ 1) вычисление первоначальной оценки λ(0) вектора коэффициентов регрессионной модели; 2) вычисление элементов матрицы Pλ линейного преобразования вектора остатков; 3) преобразование обобщенной регрессионной модели к виду −1 −1 Pˆ (i) b = Pˆ (i) F λ + ε(i) , ˆ λ λ −1 где ε(i) = Pˆ (i) η, i = 0, 1, 2, 3, . . . — номер итерации; ˆ λ 4) решение линейной регрессионной задачи ε(i) ˆ 2 −1 −1 ˆ = Pˆ (i) b − Pˆ (i) F λ(i+1) λ 2 λ → min, которое приводит к новой уточненной среднеквадратичной оценке вектора регрессионных коэффициентов: ˆ λ(i+1) = (F Ω−1 F )−1 F Ω−1 b, ˆ (i) ˆ (i) λ λ где Ωλ(i) = Pλ(i) Pλ(i) ; ˆ ˆ ˆ 5) сравнение двух последовательных приближений вектора оценок коэффициентов разностного уравнения: ˆ ˆ |λ(i+1) − λ(i) | 0,001. Если данное условие выполняется, то итерационная процедура уточнения среднеквадратичных оценок завершается; в противном случае следует перейти ко второму шагу. ˆ ˆ Очевидно, что при сходимости итерационной процедуры (limi→∞ λ(i) = λ) −1 (i) = ε, и, следовательно, выполняется равенство Pˆ η = ε, то есть limi→∞ ε ˆ λ ˆ вектор λ оценок регрессионных коэффициентов обеспечивает минимум остаточной суммы квадратов: N −1 ˆ λ = arg min ˆ λ(i) k=0 (yk − yk )2 . ˆ Проблема сходимости итерационной процедуры уточнения среднеквадратичных оценок коэффициентов разностного уравнения исследована в [2, 7]: сформулированы достаточные условия сходимости; получена формула апостериорной оценки погрешности; сформулированы ограничения на величину случайной помехи, обеспечивающие достаточное условие сходимости; построена формула априорной оценки погрешности, позволяющая оценить число итераций, необходимое для достижения заданной точности. ˆ Начальное приближение λ(0) вектора коэффициентов регрессионной модели может быть получено из условия минимизация функционала невязки [2] η 2 ˆ = b − Fλ 2 → min . 107 З о т е е в В. Е., Р о м а н ю к М. А. В этом случае первоначальная оценка вычисляется по формуле ˆ λ(0) = (F F )−1 F b. Однако при большом разбросе экспериментальных данных итерационная процедура, использующая эту оценку, не всегда обеспечивает минимум остаточˆ ной суммы квадратов. Другой подход к выбору начального приближения λ(0) заключается в решении интерполяционной задачи: вычислению коэффициентов разностного уравнения из условия совпадения значений дробно-рациональной функции с результатами наблюдений в нескольких специальным образом выбранных точках эксперимента. Например, рассмотрим выбор наˆ чального приближения λ(0) в задаче параметрической идентификации дробно-рациональной зависимости (5), для которой система разностных уравнений (9) содержит три коэффициента λ1 , λ2 и λ3 . Потребуем, чтобы значения дискретной функции yk = ˆ c0 λ1 = 1 + c1 τ k + c2 τ 2 k2 1 − λ2 k − λ3 k 2 ˆ (0) ˆ (0) ˆ (0) при λ1 = λ1 , λ2 = λ2 и λ3 = λ3 совпадали с результатами наблюдений yk в трёх различных точках, соответствующих k = 0, k = m = [N/2] и k = = N − 1, где [x] — целая часть числа x: y0 = y0 , ym = ym и yN −1 = yN −1 . ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ (0) , ym = ym = λ(0) + mym λ(0) + m2 ym λ(0) и В результате получаем y0 = y0 = λ1 ˆ ˆ 3 2 0 (0) (0) (0) ˆ ˆ ˆ + (N − 1)yN −1 λ + (N − 1)2 yN −1 λ . Отсюда начальное yN −1 = yN −1 = λ0 ˆ 3 2 ˆ ˆ ˆ 0 = (λ(0) , λ(0) , λ(0) ) вычисляется по формулам ˆ приближение λ 3 2 1 ˆ (0) λ1 = y 0 , ˆ (0) λ2 = ˆ (0) λ3 = (1 − (1 − y0 2 yN−1 )m − (1 − y0 ym )(N m(N − 1)(m − N + 1) y0 ym )(N − 1) − (1 − y0 yN−1 )m m(N − 1)(m − N + 1) − 1)2 , . Аналогично формируется вектор первоначальных оценок коэффициентов разностного уравнения для дробно-рациональных функций (4) и (6). Проведённые численно-аналитические исследования показали высокую эффективность выбора первоначальных оценок вектора коэффициентов разностного уравнения на основе вычисления параметров интерполирующей функции. При вычислении оценок параметров математической модели в форме дробˆ но-рациональной зависимости можно воспользоваться формулами c0 = λ1 , ˆ ˆ 2 /τ для зависимости (4), формулами c0 = λ1 , c1 = −λ2 /τ , c2 = ˆ ˆ ˆ c1 = −λ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ = −λ3 /τ 2 для зависимости (5) или формулами c0 = λ1 , c1 = λ2 /τ , c2 = −λ3 /τ , ˆ c3 = −λ4 /τ 2 для зависимости (6). ˆ Для оценки погрешности результатов вычислений можно воспользоваться методикой, описанной в [2]. В основе этой методики лежит предположение, что разброс результатов наблюдений yk относительно математической модели в каждой точке эксперимента описывается независимой случайной 108 Параметрическая идентификация математических моделей . . . величиной, имеющей нормальное распределение с нулевым математическим ожиданием. Обычно в практике эксперимента это требование выполняется. В этом случае за оценку предельной абсолютной погрешности вычисления параметра ci можно принять (с доверительной вероятностью 1 − α) величину ˆ ∆ci = tα s[ˆi ], где значение tα = t(α, ν) берётся из таблицы распределения c Стьюдента при числе степеней свободы ν = N − n и уровне значимости α; s[ˆi ] — оценка среднеквадратического отклонения параметра ci . Так как оценc ˆ ка любого из параметров ci дробно-рациональных функций (4)–(6) пропорциˆ ˆ ональна оценке λj какого-либо коэффициента разностного уравнения, имеет место равенство ˆ ci = |k|s[λj ], ˆ ˆ где k — коэффициент пропорциональности; s[λj ] — оценка среднеквадратического отклонения соответствующего коэффициента разностного уравнения. ˆ Для вычисления оценки дисперсии коэффициента λj разностного уравнения можно воспользоваться формулой ˆ s2 [λj ] = gjj s2 , ост в которой gjj — диагональный элемент матрицы G = (F Ωλ F )−1 , где ˆ Ωλ = Pλ Pλ , ˆ ˆ ˆ s2 = ост 1 N −n N −1 (yk − yk )2 , ˆ k=0 n — число параметров в модели [2]. На основе компьютерного моделирования проведены численно-аналитические исследования эффективности описанного численного метода определения параметров математических моделей в форме дробно-рациональных зависимостей. Целью исследований являлся анализ зависимостей погрешности δci вычисления каждого из параметров дробно-рациональной функции (4)–(6) от величины случайной помехи ε в результатах наблюдений, а также степени адекватности s построенной математической модели истинной функциональной зависимости. Для этого формироваТаблица 1 лась выборка из N = 50 Значения параметров дробно-рациональных зависимозначений yk дробно-рацио- стей, используемые при компьютерном моделировании ˜ Зависи- Период диск- Параметры зависимости нальной зависимости с перимость ретизации, τ c0 ˜ c1 ˜ c2 ˜ c3 ˜ одом дискретизации τ и параметрами ci , значения кото(4) 0,4 1,0 0,5 — — (5) 0,1 1,0 1,0 1,0 — рых представлены в табл. 1. 0,1 1,0 −0,5 0,1 1,0 (6) К смоделированным таким образом дискретным значениям yk добавлялась случайная помеха εk , величина которой ε изменялась ˜ от 0 до 10 %: N −1 ε= k=0 1/2 N −1 ε2 k yk ˜2 · 100 %. k=0 С целью статистической обработки результатов исследований в каждой точке численного эксперимента (при одной и той же величине ε случайной помехи) 109 З о т е е в В. Е., Р о м а н ю к М. А. вычисление оценки параметров дробно-рациональной зависимости повторялось M = 100 раз. Для оценки погрешности вычисления параметра ci исˆ пользовалась величина M [(ˆi − ci )2 ] · |˜i |−1 · 100 %, c ˜ c δci = где второй центральный момент относительно истинного значения параметра ci вычислялся по формуле M [(ˆi − ci )2 ] = c ˜ 1 M M (ˆij − ci )2 . c ˜ j=1 Для анализа адекватности построенной математической модели истинной дробно-рациональной зависимости использовалась величина N −1 yk ˜2 (˜k − yk ) y ˆ s= 1/2 N −1 2 k=0 · 100 %. k=0 Результаты вычислений погрешности оценок параметров δci и адекватности построенной модели s представлены в табл. 2. Полученные результаты численно-аналитических исследований позволяют сделать вывод о высокой эффективности численного метода параметрической идентификации дробно-рациональных зависимостей на основе разностных уравнений. Представленные в табл. 2 результаты показывают, что построенные математические модели даже при высоком уровне помехи в результатах наблюдений адекватно описывают исходные дробно-рациональные Таблица 2 Погрешности вычисления параметров δci дробно-рациональных функций и величины s в зависимости от величины случайной помехи ε в результатах наблюдений Зависимость (4) ε, % δc0 , % δc1 , % s, % 0 0,0 0,0 0,0 1 0,2 0,4 0,1 2 0,5 0,9 0,3 3 0,9 1,7 0,5 4 1,1 2,2 0,6 5 1,6 3,3 0,9 6 1,9 3,8 1,1 7 2,3 4,9 1,4 8 3,1 6,8 2,0 9 3,8 8,3 2,4 10 4,1 9,2 2,7 7 2,0 12,2 12,0 2,0 8 2,7 13,2 14,4 2,7 9 3,1 15,7 18,4 3,3 10 3,3 15,0 21,0 3,7 7 2,3 2,6 77,8 15,1 2,7 8 2,1 3,2 121,6 22,5 3,6 9 2,5 3,7 197,9 28,4 4,2 10 1,9 3,8 176,2 30,1 4,6 Зависимость (5) ε, % δc0 , % δc1 , % δc2 , % s, % 0 0,0 0,0 0,0 0,0 1 0,3 1,8 1,0 0,2 2 0,5 2,9 1,9 0,4 3 0,9 5,0 3,4 0,7 ε, % δc0 , % δc1 , % δc2 , % δc3 , % s, % 0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 1 0,2 0,2 18,7 1,5 0,2 2 0,4 0,6 31,6 3,3 0,5 3 0,7 0,8 53,5 4,7 0,8 4 1,1 6,6 5,0 0,9 5 1,5 7,7 6,6 1,3 6 1,6 10,0 9,4 1,6 Зависимость (6) 110 4 1,3 1,2 73,0 7,9 1,2 5 0,9 1,4 75,2 9,2 1,5 6 1,5 1,5 106,2 13,4 2,0 Параметрическая идентификация математических моделей . . . зависимости. Однако для дробно-рациональной зависимости (6) погрешность вычисления параметра c2 при больших ε достаточно велика. Это можно объˆ яснить некоторой неустойчивостью самой (обратной) задачи: при существенных различиях в параметрах (176,2 %) сама зависимость практически не изменяется (4,6 %). Проведён сравнительный анализ известного метода определения параметров характеристики сопротивления по огибающей экспериментальной виброграммы [1] и численного метода на основе разностных уравнений. Так как огибающая амплитуд колебаний нелинейной диссипативной механической системы описывается дробно-рациональной зависимостью (1) [1, 2], в численном методе использовалась система разностных уравнений (9). В качестве результатов наблюдений были взяты данные эксперимента, приведенные в [1]. Результаты N = 10 измерений ak амплитуды колебаний с шагом τ , равным периоду колебаний T = 0,15 c, представлены во второй строке табл. 3. Таблица 3 Экспериментальные и расчётные значения амплитуд колебаний k ak (1) ak ˆ (2) ak ˆ 0 10,00 10,00 10,00 1 6,84 6,92 6,84 2 5,05 5,12 5,05 3 3,92 3,97 3,92 4 3,14 3,18 3,14 5 2,58 2,61 2,59 6 2,17 2,19 2,17 7 1,85 1,87 1,85 8 1,60 1,62 1,60 9 1,40 1,42 1,40 s, % – 0,89, % 0,06, % (1) В третьей строке табл. 3 приведены значения ak огибающей амплитуд ˆ колебаний, вычисленные известным методом определения параметров характеристики сопротивления по огибающей экспериментальной виброграммы [1], (2) а в последней строке — значения ak огибающей амплитуд колебаний, вычисˆ ленные численным методом на основе разностных уравнений. В последнем столбце табл. 3 приведены значения величины s для моделей, построенных по экспериментальным данным: 9 s= (ak − k=0 (i) ak )2 ˆ 1/2 9 a2 k · 100 %. k=0 Очевидно, что применение численного метода позволяет более чем на порядок повысить адекватность математической модели по сравнению с известным методом. Аналогичный вывод можно сделать и при сравнительном анализе известного метода «кривой резонанса» [1] и численного метода на основе разностных уравнений, использующего математическую модель амплитудно-частотной характеристики диссипативной механической системы в форме (2). В [4] представлены результаты такого анализа, подтверждающие высокую эффективность рассматриваемого численного метода. Таким образом, разработан эффективный численный метод определения параметров математических моделей в форме дробно-рациональных функций, в основе которого лежит среднеквадратичное оценивание коэффициентов разностного уравнения, описывающего результаты наблюдений. Этот метод может быть применен в задачах параметрической идентификации объектов, систем или процессов различной физической природы. 111
×

Об авторах

Владимир Евгеньевич Зотеев

Самарский государственный технический университет

Email: zoteev-ve@mail.ru
(д.т.н., доц.), профессор, каф. прикладной математики и информатики 443100, Россия, Самара, ул. Молодогвардейская, 244

Мария Анатольевна Романюк

Самарский государственный технический университет

Email: zausmasha@mail.ru
ассистент, каф. прикладной математики и информатики 443100, Россия, Самара, ул. Молодогвардейская, 244

Список литературы

  1. Вибрации в технике: Справочник в 6-ти т. Т. 1. М.: Машиностроение, 1978. 352 с.; Т. 2. М.: Машиностроение, 1979. 351 с.
  2. Зотеев В. Е. Параметрическая идентификация диссипативных механических систем на основе разностных уравнений / ред. В. П. Радченко. М.: Машиностроение-1, 2009. 344 с.
  3. Пановко А. Г. Основы прикладной теории колебаний и удара. Л.: Машиностроение, 1976. 320 с.
  4. Попова Д. Н., Зотеев В. Е. Разработка и исследование линейно параметрической дискретной модели амплитудно-частотной характеристики механической системы с линейно-вязким трением // Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки, 2007. № 2(15). С. 179–182.
  5. Писаренко Г. С., Матвеев В. А., Яковлев А. П. Методы определения характеристик колебаний упругих систем. Киев: Наукова думка, 1976. 88 с.
  6. Зотеев В. Е. Исследование сходимости итерационной процедуры вычисления коэффициентов разностного уравнения / В сб.: Труды шестой Всероссийской научной конференции с международным участием (1–4 июня 2009 г.). Часть 4: Информационные технологии в математическом моделировании / Матем. моделирование и краев. задачи. Самара: СамГТУ, 2009. С. 47–54.
  7. Зотеев В. Е. О сходимости итерационной процедуры среднеквадратичного оценивания коэффициентов линейно параметрической дискретной модели // Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки, 2009. № 1(18). С. 133–141.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML

© Самарский государственный технический университет, 2012

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах