Оценивание производных по эмпирическим данным




Для динамических систем характерным является изменение скорости и ускорения. Например, когда речь идёт об управлении динамическими системами, то возникает необходимость оценивания скоростей и ускорений, которые, как известно, связаны с производными первых двух порядков.

- скорость изменения процесса;

- ускорение изменения процесса.

Существенное значение имеет прогноз поведения исследуемого объекта, например, с целью упреждения стрельбы по нему или коррекции траектории полёта в автоматическом режиме. Тогда могут потребоваться производные больших порядков, чтобы их можно было использовать в формуле Тейлора.

Проблема оценивания производных отягощается тем, что реально эмпирические данные известны только в дискретном наборе точек, следовательно, нельзя воспользоваться предельным переходом.

Надо иметь средства для вычисления оценок производных.

Рассмотрим стандартную задачу оценки производных сигнала по его дискретным значениям.

Пусть заданы значения Uk, k=0,..,N в каком –то наборе точек в области определения. Предполагаем, что Uk=U(tk) – выборка из некоторого неизвестного. Предположим, что неизвестная U(t) обладает некоторыми свойствами, которые вытекают из физических соображений, а именно, что функция имеет ограниченную норму.

(3.11)

U(t) – непрерывная и обладает непрерывными производными любого порядка.

Производные определяют скорость нарастания функции.

Физические соображения основываются на конечности энергии генерирующего данные объекта и его инерционности, обосновывают утверждение о свойствах функции, выборка значений из которых представляет набор эмпирических данных. Следовательно, возможность оценивания производных вытекает из этих свойств, то есть не противоречит физической природе эмпирических данных.

В свою очередь, необходимость получения таких оценок может быть продиктована теми целями, в соответствии с которыми эмпирические данные регистрируются. Например, для управления какими –то процессами, так как первые две производные имеют физический смысл.

Основные приёмы оценивания производных:

- Метод аналогий

Разделённая разность:

Общий вид:

(3.12)

(3.13)

^ - означает оценку производных

Аналогом:

(3.14)

(3.15)

(3.16)

Несмотря на кажущуюся естественность и простоту вычислительных процессов, метод аналогий не всегда даёт хороший результат, в частности даже первые разности (то есть оценки первой производной) являются весьма чувствительными к влиянию шумов регистрации данных.

Так же на конечные разности сильно влияет погрешность вычислений.

- Аналитический подход

Когда производная неизвестной искомой функции отождествляется с производной интерполирующей функции.

Таким образом, используемый класс интерполирующих функций должен допускать дифференцирование в аналитической форме соответствующее количество раз. В частности, если речь идёт о сплайнах m – ого порядка, то продифференцировать можно m – раз.

Если интерполирующая функция хорошо приближает исходную, то есть отклонение невелико, то того же чаще всего нельзя сказать относительно производных.

Таким образом, остаётся необходимость поиска и предложения других методов, как интерполяции функции, так и оценивания производных.

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2018-01-31 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: