Безопасность цифровых технологий

БЕЗОПАСНОСТЬ ЦИФРОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

БЕЗОПАСНОСТЬ
ЦИФРОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

English | Русский

Последний выпуск
№3(118) Июль - Сентябрь 2025

Использование установившегося режима для вычисления матрицы Фишера при определении параметров динамических систем

Выпуск № 3 (89) Июль - Сентябрь 2017
Авторы:

Г.В. Трошина ,
DOI: http://dx.doi.org/10.17212/2307-6879-2017-3-52-61
Аннотация

Вычисление информационной матрицы Фишера в подавляющем большинстве случаев является наиболее важной и сложной в вычислительном плане частью в инженерных расчетах при решении задачи планирования экспериментов для идентификации динамических объектов, описываемых моделями в пространстве состояний. Отметим, что неизвестные параметры, подлежащие определению, могут находиться в различных комбинациях матриц состояния и наблюдения. Как правило, для определения вектора состояния используются фильтры и не учитывается тот факт, что точные значения параметров объекта  не известны. Погрешности, связанные с определением параметров динамических объектов, оказывают значительное влияние на погрешности оценок, полученных при вычислении вектора состояния. Использование установившегося режима значительно упрощает методику вычисления информационной матрицы Фишера и является актуальным для практического применения. В данной статье рассматриваются основные соотношения, необходимые для вычисления элементов  информационной матрицы Фишера в случае, когда неизвестные параметры находятся как в матрице состояния, так и в матрице возмущения. В рамках данной работы предполагается, что все переходные процессы закончились, т. е. рассматривается установившейся режим. Для оценки вектора состояния рассматриваемой динамической системы используется фильтр Калмана с обновленной последовательностью. Процесс вычисления элементов информационной матрицы Фишера в установившемся режиме можно разбить на три основные группы. Одна группа уравнений решается как система нелинейных алгебраических уравнений, вторая группа – как система линейных алгебраических уравнений, третья группа уравнений – как совокупность линейных уравнений, решаемых последовательно друг за другом. 


Ключевые слова: идентификация, оценивание состояния, динамическая система, фильтр Калмана, оценивание параметров, матрица Фишера, математическая модель, установившейся режим
Г.В. Трошина
630073, РФ, г. Новосибирск, пр. Карла Маркса, 20, Новосибирский государственный технический университет, кандидат технических наук, доцент кафедры вычислительной техники. E-mail:
troshina@dean.cs.nstu.ru
Orcid: 0000-0002-9672-1931

Список литературы

1. Льюнг Л.Идентификация систем:теория для пользователя / под ред. Я.З. Цыпкина. – М.: Наука, 1991. – 432 с.



2. Эйкхофф П.Основы идентификации систем управления:оценивание параметров и состояния. – М.: Мир, 1975. – 683 с.



3. Mehra R.K.Optimal input signal for parameter estimation in dynamic sys-tem – survey and new results // IEEE Transactions on Automatic Control. – 1974. – Vol. AC-19,N 6. – P. 753–768.



4. Mehra R.K. On the identification of variances and adaptive Kalman filtering // IEEE Transactions on Automatic Control. –1970. – Vol. AC-15, N 2. – P. 175–184.



5. Сейдж Э.П., Уайт Ч.С. Оптимальное управление системами. – М.: Радио и связь, 1982. – 392 с.



6. Goodwin G.C., Payne R.L. Dynamic system identification: experiment design and data analysis. – New York: Academic Press, 1977. – 291 p.



7. Заболотнов Ю.М. Оптимальное управление непрерывными динамическими системами: учебное пособие. – Самара: Самар. гос. аэрокосм. ун-т, 2005. – 129 с.



8. Цыпкин Я.З. Информационная теория идентификации.– М.: Наука: Физматлит, 1995. – 336 с.



9. Черных И.В.Simulink: среда создания инженерных приложений / под общ.ред. В.Г. Потемкина. – М.: Диалог-МИФИ, 2003. – 496 с.



10. Ощепков А.Ю. Адаптивное управление линейными объектами с инерцией с использованием дискретных быстрых алгоритмов [Электронный ресурс]//XII Всероссийское совещание по проблемам управления ВСПУ-2014, Москва, 16–19 июня 2014 г.: труды. – М.: Ин-т проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН, 2014. – С. 2332–2337. – URL: http://vspu2014.ipu.ru/proceedings/vspu2014.zip (дата обращения: 23.11.2017).



11. Хранилов В.П.Идентификация внутренних операторов моделей управления для задач проектирования технических систем[Электронный ресурс]//XII Всероссийское совещание по проблемам управления ВСПУ-2014, Москва, 16–19 июня 2014 г.: труды. – М.: Ин-т проблем управления им. В.А. Трапезни-кова РАН, 2014. – С. 3281–3288. – URL: http://vspu2014.ipu.ru/proceedings/vspu2014.zip (дата обращения: 23.11.2017).



12. Воевода А.А., Трошина Г.В. Вычисление информационной матрицы Фишера для линейных стационарных дискретных систем с неизвестными параметрами в моделях динамики и наблюдения // Сборник научных трудов НГТУ. – 2006. – № 2 (44). – C. 29–34.



13. Воевода А.А., Трошина Г.В. Использование информационной матрицы Фишера при выборе сигнала управления для оценки параметров моделей динамики и наблюдения объектов невысокого порядка // Сборник научных трудов НГТУ. – 2006. – № 3 (45). – C. 19–24.



14. Милованов М.В., Трошина Г.В. Разработка программного модуля для идентификации динамического объекта по данным установившегося режима // Наука и образование в современном обществе: вектор развития: сборник научных трудов по материалам международной научно-практической конференции 3 апреля 2014 г.: в 7 ч.– М.: АР-Консалт, 2014. –Ч. 4. – С. 114–116.



15. Воевода А.А., Трошина Г.В.Рекуррентный метод оценивания параметров в динамическом объекте// Научный вестник НГТУ. – 2016. – № 4 (65). – С. 7–18.



16. Воевода А.А., Трошина Г.В.Онекоторыхметодахфильтрациивзадачеидентификации // Сборник научных трудов НГТУ. – 2014. – № 2 (76). – C. 16–25.



17. Воевода А.А., Трошина Г.В. Об оценке вектора состояния и вектора параметров в задаче идентификации // Сборник научных трудов НГТУ. – 2014. – № 4 (78). – C. 53–68. – doi: 10.17212/2307-6879-2014-4-53-68.



18. Воевода А.А.,Трошина Г.В.Моделирование фильтра Калмана с обновленной последовательностью в среде Simulink// Сборник научных трудов НГТУ. – 2015. – № 2 (80). – C. 7–17. – doi: 10.17212/2307-6879-2015-2-7-17.



19. Трошина Г.В.Вычислительные аспекты задачи восстановления вектора состояния для модели с неточно заданными параметрами// Сборник научных трудов НГТУ. – 2008. – № 3 (53). – С. 25–34.



20. Трошина Г.В.Об использовании фильтра Калмана при идентификации динамических систем // Сборник научных трудов НГТУ. – 2014. – № 3 (77). – C. 37–52.



21. Трошина Г.В.Моделирование динамических объектов в среде Simu-link. Ч. 2 // Сборник научных трудов НГТУ. – 2015. – № 4 (82). – C. 31–41. – doi: 10.17212/2307-6879-2015-4-31-41.



22. Воевода А.А.,Трошина Г.В.Стабилизация неминимально фазового объекта с использованием ПИ-регулятора // Сборник научных трудов НГТУ. – 2015. – № 4 (82). – C. 21–30. – doi: 10.17212/2307-6879-2015-4-21-30.

Просмотров аннотации: 1942
Скачиваний полного текста: 698
Просмотров интерактивной версии: 0