RU2743897C1 - Method for control of stochastic system state - Google Patents
Method for control of stochastic system state Download PDFInfo
- Publication number
- RU2743897C1 RU2743897C1 RU2020118571A RU2020118571A RU2743897C1 RU 2743897 C1 RU2743897 C1 RU 2743897C1 RU 2020118571 A RU2020118571 A RU 2020118571A RU 2020118571 A RU2020118571 A RU 2020118571A RU 2743897 C1 RU2743897 C1 RU 2743897C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- distribution
- uncertainty
- state
- entropy
- output parameter
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области контроля сложными стохастическими системами, и может быть использовано в энергетике, медицине, пищевой, химической, металлургической и других отраслях промышленности, повышении надежности контроля в социально-экономических системах. Целью изобретения является повышение эффективности контроля состояния сложной стохастической системы.The proposed invention relates to the field of control of complex stochastic systems, and can be used in energy, medicine, food, chemical, metallurgical and other industries, increasing the reliability of control in socio-economic systems. The aim of the invention is to improve the efficiency of monitoring the state of a complex stochastic system.
Системы контроля стохастического распределения широко распространены в практических промышленных процессах, цель которых состоит в отслеживании трека вероятности выхода для негауссовых систем [1, 2, 3]. Существуют различные технические приложения, в которых требуются контроль над треком вероятности выходного параметра системы при наличии случайных возмущений. Примерами процессов контроля вероятностного распределения являются: контроль распределением частиц по размерам в химическом машиностроении, контроль распределением пламени в энергетических установках, контроль распределения биологических параметров в медицине, производство пленки, микротехнологии, контроль доменной структуры веществ, контроль распределения параметров для различных отраслей промышленности [4]. На современном этапе развития контроль неопределенности распределения системы строится на основе контроля моментов ответа стохастической системы [1, 2].Stochastic distribution control systems are widely used in practical industrial processes, the purpose of which is to track the exit probability track for non-Gaussian systems [1, 2, 3]. There are various technical applications that require control over the track of the probability of the system's output parameter in the presence of random disturbances. Examples of processes for controlling the probability distribution are: control of particle size distribution in chemical engineering, control of flame distribution in power plants, control of the distribution of biological parameters in medicine, film production, microtechnology, control of the domain structure of substances, control of the distribution of parameters for various industries [4] ... At the present stage of development, the control of the uncertainty of the distribution of the system is based on the control of the moments of the response of the stochastic system [1, 2].
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ контроля и управления динамической системы [5], заключающийся в том, что осуществляется регистрация состояния объекта, формирование выборки yi значений выходного параметра y(t), определение математического ожидания M и центральных моментов второго μ2 и четвертого μ4 порядка, формирование базы данных эталонных параметров закона распределения выходного параметра, проверку состояния объекта принадлежности области оптимального состояния, трансформация закона распределения управляемого параметра за счет изменения настроек параметра регулятора, минимизацию энтропийно-параметрического потенциала, корректировку закона распределения и формирование управляющего воздействия.The closest to the proposed invention is a method for monitoring and control of a dynamic system [5], which consists in the fact that the state of the object is registered, the sampling y i of the values of the output parameter y (t) is formed, the mathematical expectation M and the central moments of the second μ 2 and the fourth μ 4 orders, the formation of a database of reference parameters of the distribution law of the output parameter, checking the state of the object belonging to the region of the optimal state, transformation of the distribution law of the controlled parameter by changing the settings of the controller parameter, minimizing the entropy-parametric potential, correcting the distribution law and forming the control action.
Как следует из формулы изобретения, в известном способе контроля и управления динамической системой осуществляется определение контрэксцесса и коэффициента энтропии симметричного распределения; определение энтропийно-параметрического критерия области оптимального состояния; минимизация величины энтропийно-параметрического потенциала динамической системы и корректировка реального параметра закона распределения выходного параметра.As follows from the claims, in the known method for monitoring and controlling a dynamic system, the counter-excess and the entropy coefficient of a symmetric distribution are determined; determination of the entropy-parametric criterion for the area of optimal state; minimization of the magnitude of the entropy-parametric potential of the dynamic system and correction of the real parameter of the distribution law of the output parameter.
В качестве недостатков данного способа контроля и управления динамической системой следует отметить: ограничение моделей поведения системы только набором симметричных форм распределений выходного параметра; отсутствие анализа состояния неопределенности при несимметричном распределении выходного параметра системы; отсутствие возможности анализа формы и масштаба несимметричного распределения, что не обеспечивает контроль над состоянием системы по совпадению распределения выходного параметра и целевого распределения с известными параметрами.As disadvantages of this method of monitoring and controlling a dynamic system, it should be noted: limitation of the models of the system's behavior only by a set of symmetric forms of distributions of the output parameter; lack of analysis of the state of uncertainty with an asymmetric distribution of the output parameter of the system; the lack of the possibility of analyzing the shape and scale of an asymmetric distribution, which does not provide control over the state of the system by the coincidence of the distribution of the output parameter and the target distribution with the known parameters.
Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings
На фигуре 1 приведена схема процесса, реализующего известный способ контроля и управления динамической системой.Figure 1 shows a diagram of a process that implements a known method for monitoring and controlling a dynamic system.
На фигуре 2 приведены чертежи неопределенностей для распределения Figure 2 shows drawings of uncertainties for the distribution
а) чертежи неопределенностей для несимметричного гамма распределения;a) drawings of uncertainties for asymmetric gamma distribution;
б) чертежи неопределенностей для несимметричной смеси распределений.b) drawings of uncertainties for an asymmetric mixture of distributions.
На фигуре 3 приведена схема процесса, реализующего предлагаемый способ контроля состояния стохастической системы.Figure 3 shows a diagram of a process that implements the proposed method for monitoring the state of a stochastic system.
На фигуре 4 приведена схема процесса определения рассогласования неопределенности состояния системы.Figure 4 is a schematic diagram of a process for determining the system state uncertainty mismatch.
На фигуре 5 приведена диаграмма пространства энтропийной и параметрической неопределенностей состояния системы.Figure 5 shows a diagram of the space of entropy and parametric uncertainties of the state of the system.
Материал подробного описания содержит пояснения вариантов осуществления изобретения со ссылками на чертежи, где аналогичные ссылочные позиции представляют одинаковые или подобные элементы.The material of the detailed description explains the embodiments of the invention with reference to the drawings, where like reference numbers represent the same or similar elements.
Классические схемы контроля состояния неопределенности системы при известном распределении выходного параметра построены на оценке рассогласований математического ожидания, дисперсии или среднего квадратического разброса стохастического выходного параметра системы при условии, что выходной параметр распределен по нормальному закону [6].Classical control schemes for the state of uncertainty of the system with a known distribution of the output parameter are based on the estimation of the mismatch of the mathematical expectation, variance or root-mean-square spread of the stochastic output parameter of the system, provided that the output parameter is distributed according to the normal law [6].
Недостаток классических схем контроля состоит в том, что для стохастических систем характерны асимметричные не Гауссовы плотности распределения. Задача отслеживания плотности распределения для негауссовых систем может быть решена на основе контроля набора статистической информации, характеризующей рассогласование состояния системы относительно заданного целевого распределения. Контроль направлен на то, чтобы статистические параметры распределения выходного параметра системы соответствовали статистическим параметрам целевого распределения.The disadvantage of classical control schemes is that asymmetric non-Gaussian distribution densities are characteristic of stochastic systems. The problem of tracking the distribution density for non-Gaussian systems can be solved based on the control of a set of statistical information characterizing the mismatch of the state of the system with respect to a given target distribution. The control is aimed at ensuring that the statistical parameters of the distribution of the output parameter of the system correspond to the statistical parameters of the target distribution.
Известен способ контроля и управления динамической системой, основанный на минимизации энтропийно-параметрического потенциала симметричного распределения выходного параметра в пространстве признаков коэффициента энтропии и контрэксцесса.A known method for monitoring and controlling a dynamic system, based on minimizing the entropy-parametric potential of the symmetric distribution of the output parameter in the feature space of the entropy coefficient and counterexcess.
Схема процесса на фигуре 1 иллюстрирует этапы для известного способа контроля и управления динамической системой заключающегося в том, что осуществляется регистрация состояния объекта на этапе 105; формирование выборки значений выходного параметра y(t) на этапе 110; определение параметров распределения - математического ожидания, второго и четвертого центральных моментов - на этапе 115; формирование базы данных эталонных параметров распределений выходного параметра на этапе 120; определение энтропийно-параметрического критерия области оптимального управления на этапе 125; проверку состояния объекта принадлежности области оптимального управления на этапе 130; трансформацию закона распределения на этапе 135; определение величины энтропийно-параметрического потенциала на этапе 140; минимизация величины энтропийно-параметрического потенциала на этапе 145; корректировка реальных параметров закона распределения выходного параметра на этапе 155; формирование управляющего воздействия на этапе 155; информирование об оптимальности состояния на этапе 160.The flow chart of Figure 1 illustrates the steps for a known method for monitoring and controlling a dynamic system, comprising: registering the state of an object at
Известного способа контроля динамической системы имеет следующие недостатки.The known method for monitoring a dynamic system has the following disadvantages.
1. Отсутствует анализа асимметрии распределения, что ограничивает возможность контроля в пространстве коэффициента энтропии и контрэксцесса только симметричных форм плотности распределения выходного параметра системы.1. There is no analysis of the asymmetry of the distribution, which limits the possibility of controlling in space the coefficient of entropy and counter-excess of only symmetric forms of the distribution density of the output parameter of the system.
2. Отсутствует контроля масштаба неопределенности несимметричного распределения выходного параметра системы, так как минимизация энтропийно-параметрического потенциала направлена на уменьшение разброса среднего значения распределения выходного параметра.2. There is no control of the uncertainty scale of the asymmetric distribution of the output parameter of the system, since the minimization of the entropy-parametric potential is aimed at reducing the spread of the mean value of the distribution of the output parameter.
3. Отсутствует возможность отслеживание и оптимизация трека распределения выходного параметра по отношению к треку целевого распределения.3. There is no possibility of tracking and optimizing the distribution track of the output parameter in relation to the target distribution track.
Основной недостаток известного способа контроля состоит в том, что уменьшение состояния неопределенности системы путем минимизации энтропийно-параметрического потенциала реализует процесс минимизации рассогласования центра распределения в независимости от его формы и положения. При этом одинаковое положение центра распределения возможно при различных значениях формы и масштаба распределения.The main disadvantage of the known control method is that reducing the state of uncertainty of the system by minimizing the entropy-parametric potential implements the process of minimizing the mismatch of the distribution center, regardless of its shape and position. In this case, the same position of the center of distribution is possible for different values of the shape and scale of the distribution.
Таким образом, известный способ контроля и управления, построенный на основе минимизации энтропийно-параметрического потенциала, не обеспечивает контроль формы и масштаба состояния неопределенности системы и целенаправленное изменение распределения выходного параметра к целевому распределению.Thus, the known method of control and management, built on the basis of minimizing the entropy-parametric potential, does not provide control of the form and scale of the state of uncertainty of the system and a purposeful change in the distribution of the output parameter to the target distribution.
Предлагаемое изобретение направлено на обеспечение контроля состояния неопределенности стохастической системы путем контроля рассогласования интервалов энтропийной и параметрической неопределенностей несимметричного распределения выходного параметра.The proposed invention is aimed at ensuring control of the state of uncertainty of a stochastic system by monitoring the mismatch of the intervals of entropy and parametric uncertainties of the asymmetric distribution of the output parameter.
По мнению автора предполагаемого изобретения, для обеспечения отслеживания распределения для негауссовых систем относительно эталонного распределения возможно посредством оценки интервалов неопределенности распределения выходного параметра, характеризующих состояние стохастической системы. Дистанции интервалов информационных и параметрических неопределенностей распределений случайных параметров пропорциональны параметру масштаба распределения. Отношение дистанций интервалов неопределенностей содержит дополнительную информацию о форме распределения. Следовательно, контроль интервалов информационных и параметрических неопределенностей распределения позволяет оценивать форму и масштаб распределения. Сравнение интервалов неопределенностей и признаков, полученных на их основе, с эталонными значениями целевого распределения позволяют контролировать и целенаправленно изменять форму и масштаб распределения выходного параметра системы для обеспечения отслеживания эталонного распределения.In the opinion of the author of the alleged invention, to provide tracking of the distribution for non-Gaussian systems relative to the reference distribution, it is possible by estimating the uncertainty intervals of the distribution of the output parameter characterizing the state of the stochastic system. The distances of the intervals of information and parametric uncertainties of the distributions of random parameters are proportional to the parameter of the distribution scale. The ratio of the distances of the uncertainty intervals contains additional information about the shape of the distribution. Consequently, control over the intervals of informational and parametric distribution uncertainties makes it possible to estimate the shape and scale of the distribution. Comparison of the intervals of uncertainties and features obtained on their basis with the reference values of the target distribution allows you to control and purposefully change the shape and scale of the distribution of the output parameter of the system to ensure tracking of the reference distribution.
Способ контроля состоянием стохастической системы основан на анализе состояния неопределенности и целенаправленном изменении распределения выходного параметра к целевому распределению стохастической системы, при котором осуществляют регистрацию выходные параметры; формирование массива значений выходного параметра yi; определение математического ожидания M, второго μ2, четвертого μ4 центральных моментов распределения выходного параметра; трансформацию закона распределения выходного параметра посредством изменения настроек системы; отличающийся тем, что осуществляют определение параметрических признаков формы асимметрии Sk, эксцесса Ex для несимметричного распределения выходного параметра системы по формулам;The method for controlling the state of a stochastic system is based on the analysis of the state of uncertainty and a purposeful change in the distribution of the output parameter to the target distribution of the stochastic system, in which the output parameters are registered; forming an array of values of the output parameter y i ; determination of the mathematical expectation M, the second μ 2 , the fourth μ 4 of the central moments of the distribution of the output parameter; transformation of the distribution law of the output parameter by changing the system settings; characterized in that they carry out the determination of parametric features of the asymmetry shape Sk, kurtosis Ex for the asymmetric distribution of the output parameter of the system according to the formulas;
где μ2, μ3, μ4 - второй, третий и четвертый центральные моменты для распределения выходного параметра определены по формуле:where μ 2 , μ 3 , μ 4 - the second, third and fourth central moments for the distribution of the output parameter are determined by the formula:
здесь N - число значений в выборке выходного параметра; k - порядок центрального момента; M - математическое ожидание выходного параметра:here N is the number of values in the output parameter sample; k is the order of the central moment; M is the mathematical expectation of the output parameter:
определение коэффициента энтропии KH для несимметричной плотности распределения входного параметра системы по формулам;determination of the entropy coefficient K H for the asymmetric distribution density of the input parameter of the system according to the formulas;
где ΔP и ΔH параметрический и энтропийный интервалы неопределенности системы:where Δ P and Δ H are parametric and entropy intervals of system uncertainty:
где H(Y) - информационная энтропия массива значений выходного параметра Y, равная математическому ожиданию логарифма вероятности для массива значений Y:where H (Y) is the informational entropy of the array of values of the output parameter Y, equal to the mathematical expectation of the logarithm of the probability for the array of Y values:
определение критерия формы для области контроля состояния неопределенности стохастической системы при несимметричном распределении выходного параметраdetermination of the shape criterion for the control area of the state of uncertainty of a stochastic system with an asymmetric distribution of the output parameter
где Sk0, Ex0, KH0 - оптимальные признаки формы асимметрии, эксцесса и коэффициента энтропии для оптимального состояния неопределенности системы; ΔSk0, ΔEx0, ΔKH0 - разбросы признаков формы асимметрии, эксцесса и коэффициента энтропии относительно их оптимальных значений; αкр - критическое значение формы;where Sk 0 , Ex 0 , K H0 - optimal signs of the asymmetry form, kurtosis and entropy coefficient for the optimal state of system uncertainty; ΔSk 0 , ΔEx 0 , ΔK H0 - scatter of signs of asymmetry, kurtosis and entropy coefficient relative to their optimal values; α cr is the critical value of the shape;
проверку принадлежности формы распределения области оптимального состояния системы, и если неравенство (3) верно при γ≠0, то выполняют трансформацию закона распределения выходного параметра посредством изменения настроек системы; и если неравенство (3) ложно при γ=0, то проводят определение рассогласования интервала неопределенности состояния системы путемverification of the membership of the distribution form of the optimal state of the system, and if inequality (3) is true for γ ≠ 0, then the transformation of the distribution law of the output parameter is performed by changing the system settings; and if inequality (3) is false for γ = 0, then the mismatch of the uncertainty interval of the system state is determined by
- определения энтропийно-параметрического интервала неопределенности состояния системы по формуле- determination of the entropy-parametric uncertainty interval state of the system according to the formula
- определения энтропийно-параметрического интервала неопределенности ΔHP0 оптимального состояния стохастической системы по выражению- determination of the entropy-parametric uncertainty interval ΔHP0 of the optimal state of the stochastic system by the expression
где ΔH0 и ΔP0 - энтропийный и параметрический интервалы неопределенности оптимального состояния;where Δ H0 and Δ P0 are the entropy and parametric intervals of the optimal state uncertainty;
- определения рассогласования энтропийно-параметрического интервала неопределенности стохастический системы по формуле- determination of the mismatch of the entropy-parametric uncertainty interval of the stochastic system according to the formula
минимизацию рассогласования энтропийно-параметрического интервала неопределенности δΔHP стохастической системы; формирование управляющего воздействия для коррекции параметров масштабирования состояния неопределенности стохастической системы за счет изменение настроек регулятора, визуализацию состояния неопределенности стохастической системы.minimization of the mismatch of the entropy-parametric uncertainty interval δΔ HP of the stochastic system; formation of a control action to correct the scaling parameters of the state of uncertainty of the stochastic system by changing the settings of the regulator, visualization of the state of uncertainty of the stochastic system.
Введенные действия с их связями проявляют новые свойства, расширяют функциональные возможности известного способа и позволяют обеспечить контроль состоянием неопределенности стохастической системы путемThe introduced actions with their connections show new properties, expand the functionality of the known method and allow to control the state of uncertainty of the stochastic system by
- целенаправленного изменение распределения выходного параметра к целевому эталонному распределению системы;- purposeful change of the distribution of the output parameter to the target reference distribution of the system;
- проверки формы несимметричного распределения выходного параметра;- checking the shape of the asymmetric distribution of the output parameter;
- оценки интервалов информационных и параметрических неопределенностей для определения соответствия масштаба и формы распределения выходного параметра относительно целевого эталонного распределения; - estimates of intervals of informational and parametric uncertainties to determine the correspondence of the scale and shape of the distribution of the output parameter relative to the target reference distribution;
- отслеживания рассогласования энтропийно-параметрического интервала неопределенности распределения выходного параметра относительно энтропийно-параметрического интервала неопределенности целевого распределения.- tracking the mismatch of the entropy-parametric uncertainty interval of the distribution of the output parameter relative to the entropy-parametric uncertainty interval of the target distribution.
Свойства стохастической системы определены вероятностью образования множества случайных состояний. Изменение свойств системы связано с изменением вероятности наблюдаемых состояний. Состояние системы контролируют по неопределенности значений выходного параметра, для которого форма и масштаб распределения содержат информацию о состоянии системы.The properties of a stochastic system are determined by the probability of the formation of a set of random states. A change in the properties of a system is associated with a change in the probability of the observed states. The state of the system is monitored by the uncertainty of the values of the output parameter, for which the shape and scale of the distribution contain information about the state of the system.
Положение интервалов информационной и параметрической неопределенностей при несимметричном распределении выходного параметра иллюстрирует фигуре 2.The position of the intervals of information and parametric uncertainties with an asymmetric distribution of the output parameter is illustrated in figure 2.
На фигуре 2, а несимметричное распределение выходного параметра 210 задано смещенным Гамма распределением. На фигуре 2, б несимметричное распределение выходного параметра 210 задано смесью распределений. На фигуре 2, а и на фигуре 2, б одинаковые объекты имеют одинаковые обозначения: 210 - несимметричное распределение выходного параметра; 215 и 220 - модели интервалов параметрической и энтропийной неопределенности; 225 и 230 - дистанцияи интервалов параметрической и информационной неопределенности, соответственно.In Figure 2, a skewed distribution of the
Дистанции 225 и 230 моделей параметрической 215 и информативной 220 неопределенностей независимо характеризуют состояние неопределенности стохастической системы при несимметричном распределении выходного распределения 210. Так как обе модели неопределенности зависят от масштаба распределения, то для характеристики масштаба использован энтропийно-параметрический интервал неопределенности.
В работе [5] показано, что несимметричные несмещенные распределения характеризует коэффициент энтропии несмещенного распределения, равный интервалу энтропийной неопределенности несимметричного распределения, отнесенному к корню квадратному второго начального момента несмещенного распределения. Дистанция 230 интервала энтропийной неопределенности откладывается от начала ненулевой плотности несимметричного распределения, так как квадрат дистанции 230 пропорционален второму начальному моменту несмещенного несимметричного распределения. Дистанция интервала энтропийной неопределенности для несимметричного распределения пропорциональна среднему квадратическому значению разниц значений параметра yi и смещения распределения λ. Особенность интервала энтропийной неопределенности несимметричного распределения в том, что его величина не зависит от смещения несимметричного распределения и пропорциональна масштабу распределения.It was shown in [5] that asymmetric unbiased distributions are characterized by the coefficient of entropy of the unbiased distribution, equal to the interval of entropy uncertainty of the asymmetric distribution, referred to the square root of the second initial moment of the unbiased distribution. The
Для контроля масштаба несимметричных распределений выгодно использовать дистанцию энтропийно-параметрической неопределенности как признак масштаба распределения. Тогда оценка рассогласование масштабов распределения выходного параметра состояния системы будет пропорциональна рассогласованию интервалов энтропийно-параметрических неопределенностей этих состояний.To control the scale of asymmetric distributions, it is advantageous to use the distance of entropy-parametric uncertainty as a sign of the distribution scale. Then the estimate of the mismatch of the scales of the distribution of the output parameter of the state of the system will be proportional to the mismatch of the intervals of the entropy-parametric uncertainties of these states.
Таким образом, для контроля состояния неопределенности стохастической системы при несимметричном распределении выходного параметра достаточно осуществить контроль формы распределения посредством контроля признаков формы распределения и контроль масштаба распределения посредством контроля рассогласования энтропийно-параметрических интервалов.Thus, to control the state of uncertainty of a stochastic system with an asymmetric distribution of the output parameter, it is sufficient to control the shape of the distribution by controlling the features of the distribution shape and controlling the distribution scale by controlling the mismatch of entropy-parametric intervals.
Схемы процесса на фигуре 3 иллюстрируют новые возможности и особенности предлагаемого способа контроля состоянием неопределенности стохастической системы. Для реализации новых возможностей в предполагаемом изобретении проводятся следующие действия, иллюстрируемые в виде этапов 310, 315, 320, 325, 330, 335, 340, 345 на фигуре 3 схемы процесса контроля состояния неопределенности стохастической системы: этапа 310 определения параметрических признаков формы для несимметричного распределения этапа 315 определения коэффициента энтропии несимметричного распределения, этапа 320 определения критерия формы распределения состояния неопределенности системы, этапа 325 проверки принадлежности формы распределения области оптимального состояния, этапа 330 определения рассогласования интервала неопределенности стохастической системы, этапа 335 минимизации рассогласования интервала неопределенности стохастической системы, этапа 340 формирования управляющего воздействия для корректировки рассогласования интервала неопределенности, этапа 345 визуализации состояния неопределенности стохастической системы.The process diagrams in figure 3 illustrate the new possibilities and features of the proposed method for controlling the state of uncertainty of a stochastic system. To implement new possibilities in the proposed invention, the following actions are carried out, illustrated in the form of
Определение параметрических признаков формы для несимметричного распределения выходного параметра системыDetermination of parametric features of the form for an asymmetric distribution of the output parameter of the system
Первое отличительно действие, иллюстрируемое этапом 310 схемы процесса на фигуре 3, состоит в определении параметрических признаков формы несимметричного распределения системы по формулам (1) и (2), соответственно. Признаки асимметрии и эксцесса принято называть первым и вторым признаками формы вероятностных распределений, характеризующими асимметричность и островершинность распределения. The first distinctive action, illustrated by
Признаки формы асимметрии и эксцесса представляют собой эффективный инструмент контроля асимметрии и островершинности как отдельных смещенных несимметричных распределений, так и различных смесей симметричных и несимметричных распределений, которые образуются в сложных стохастических системах.Signs of the shape of asymmetry and kurtosis are an effective tool for controlling the asymmetry and peakedness of both individual displaced asymmetric distributions and various mixtures of symmetric and asymmetric distributions that are formed in complex stochastic systems.
Определение коэффициента энтропии для несимметричной плотности распределения выходного параметра системы.Determination of the entropy coefficient for the asymmetric distribution density of the output parameter of the system.
Отношение дистанций 225 и 230 интервалов параметрической и информационной неопределенности представляют коэффициент энтропии несимметричной плотности распределения. По этой причине на этапе 315 схемы процесса на фигуре 3 проводится определение коэффициента энтропии несимметричного распределения.The ratio of the
Определение критерия формы распределения для области контроля состояния неопределенности стохастической системыDetermination of the distribution shape criterion for the control area of the state of uncertainty of a stochastic system
Отличительное действие, иллюстрируемое этапом 320 схемы процесса на фигуре 3, состоит в определении критерия формы распределения состояния неопределенности стохастической системы по формуле (3). Критерий формы, построенный на основе признаков формы асимметрии и эксцесса для несимметричной плотности распределения выходного параметра, позволяет из всего многообразия возможных несимметричных форм состояний неопределенности системы выделить формы несимметричного распределения выходного параметра, соответствующие оптимальному состоянию неопределенности системы. Критерий записан как нераверство между нормой вектора и критического значения формы αкр, выраженное Булево соотношение (9).A distinctive action, illustrated by
Значения признаков формы асимметрии Sk0, эксцесса Ex0 и значение коэффициента энтропии KH0 для оптимального состояния неопределенности системы, разбросы ΔSk0, ΔEx0 и KH0 признаков асимметрии, эксцесса и коэффициента энтропии априорно определены на основе усреднения многократного эксперимента или методом Монте-Карло для модели стохастической системы. Разброс признаков формы обусловлен как внешними случайными воздействиями, так и множеством случайно образующихся стохастических связей системы.The values of the signs of the asymmetry shape Sk 0 , kurtosis Ex 0 and the value of the entropy coefficient K H0 for the optimal state of the system's uncertainty, the spreads ΔSk 0 , ΔEx 0 and K H0 of the signs of asymmetry, kurtosis and the coefficient of entropy are a priori determined on the basis of averaging a multiple experiment or by the Monte Carlo method for the stochastic system model. The scatter of form features is due to both external random influences and a multitude of randomly generated stochastic connections of the system.
Проверка принадлежности формы распределения области оптимального состояния системы.Checking the membership of the distribution form of the region of the optimal state of the system.
Этап 325 схемы процесса на фигуре 3 иллюстрирует проверку принадлежности формы распределения области оптимального состояния. Если критерий формы γ превышает свое максимальное значение γmax, то проводят трансформацию закона распределения выходного параметра системы посредством изменения настроек системы и ее параметров.
Определение рассогласования интервалов неопределенности состояния системыDetermination of the mismatch of the uncertainty intervals of the state of the system
Следующее отличительное действие, иллюстрируемое этапом 330 фигуры 3, состоит в определении рассогласования интервалов неопределенности стохастической системы. Развернутая схема процесса определения рассогласования интервалов неопределенностей состояния стохастической системы дана на фигуре 4, из которой следует, что на этапе 410 происходит определение интервалов энтропийно-параметрической неопределенности состояния системы по формулам (10). На следующем этапе 415 определяют энтропийно-параметрический интервал неопределенности оптимального состояния системы по формуле (11). Затем, на этапе 420, определение рассогласование интервалов энтропийно-параметрических неопределенностей состояний системы.The next distinctive action, illustrated at
Минимизация рассогласования энтропийно-параметрического интервала неопределенности стохастической системыMinimization of the mismatch of the entropy-parametric uncertainty interval of a stochastic system
Этап 335 схемы процесса на фигуре 3 иллюстрирует минимизацию рассогласования неопределенности стохастической системы путем корректироваки распределения на этапе 150 и формирования управляющего воздействия на этапе 340 для корректировки рассогласования интервалов неопределенностей системы за счет изменения настроек регулятор. Этап 345 иллюстрирует визуализацию состояния неопределенности стохастической системы посредством сигнальных индикаторов или схемы на экране дисплея.
Процесс минимизации рассогласования интервалов информационной ΔH и параметрической ΔP неопределенностей иллюстрирует диаграмма пространства энтропийной и параметрической неопределенностей состояния системы на фигуре 5, где даны следующие обозначения: 510 и 515 – положения оптимального и реального состояний неопределенностей системы; 520 и 525 – дистанции энтропийно-параметрического интервалов неопределенности оптимального и реального состояний системы; 530 и 535 – эквипотенциалы энтропийно-параметрических интервалов неопределенностей оптимального и реального состояний системы 540 - положение системы после коррекции рассогласования масштаба неопределенности; 545 - дистанция, равная рассогласованию неопределенности системы.The process of minimizing the discrepancy between the intervals of information Δ H and parametric Δ P uncertainties is illustrated by the diagram of the space of entropic and parametric uncertainties of the system state in Figure 5, where the following designations are given: 510 and 515 - positions of the optimal and real states of system uncertainties; 520 and 525 - distances of the entropy-parametric uncertainty intervals of the optimal and real states of the system; 530 and 535 - equipotentials of entropy-parametric uncertainty intervals of the optimal and real states of the system; 540 - position of the system after correction of the mismatch of the uncertainty scale; 545 - distance equal to the system uncertainty mismatch.
Положение оптимального состояний неопределенностей системы 510 определено эталонной моделью выходного параметра системы, для которого значения интервалов энтропийной и параметрической неопределенностей хранятся в базе данных эталонных параметров. Коэффициент энтропии для эталонной форма модели определяет наклон дистанции 520 энтропийно-параметрического интервала оптимального состояния. Положение 515 реального состояний неопределенностей системы определено значениями энтропийного ΔH и параметрического ΔP=(μ2)-0,5 интервалов, рассчитанных по массиву Y выборочных данных выходного параметра. Наклон дистанции 515 энтропийно-параметрического интервала неопределенности реального состояний системы определен коэффициентом энтропии реального состояния системы, который равен отношению неопределенностей (5).The position of the optimal states of uncertainties of the
Вследствие воздействия влияющих факторов положение 515 реального состояния отлично от положения 510 оптимального состояния. Дистанция 545 характеризует рассогласование интервалов энтропийно-параметрических неопределенностей оптимального и реального состояний системы. Пунктирные линии иллюстрируют эквипотенциали 530 и 535, точки которых имеют одинаковые значения энтропийно-параметрических интервалов неопределенности оптимального и реального состояний системы. Переход системы из положения 515 реального состояния в положение 540 состояние системы после коррекции рассогласования масштаба неопределенности иллюстрирует минимизацию рассогласования неопределенности стохастической системы, выполняемую на этапе 345 схемы процесса на фигуре 3. Сохранившееся рассогласование после коррекции системы, иллюстрируемое положениями 510 и 540 состояния системы, можно достичь только за счет коррекции формы системы.Due to the influence of influencing factors, the
В большинстве случаев состояние неопределенности стохастической системы образовано вследствие действия нескольких как независимых, так и коррелирующих причин. При влиянии различных воздействий распределение выходного параметра характеризуется смесью симметричных и несимметричных распределений. In most cases, the state of uncertainty of a stochastic system is formed due to the action of several, both independent and correlated causes. Under the influence of various influences, the distribution of the output parameter is characterized by a mixture of symmetric and asymmetric distributions.
Таким образом, проводимые действия позволяют обеспечить контроль состоянием неопределенности стохастической системы путем коррекции формы и масштаба состояния неопределенности системы и целенаправленного изменение распределения выходного параметра к целевому распределения, принятому в качестве эталона.Thus, the actions carried out make it possible to ensure control of the state of uncertainty of the stochastic system by correcting the shape and scale of the state of uncertainty of the system and purposefully changing the distribution of the output parameter to the target distribution adopted as a standard.
Литература Literature
1. Jian-Qiao Sun, 2006, Stochastic Dynamics and Control. Monograph Series on Nonlinear Science and Complexity / Elsevier B.V. 2006. - 410 p.1. Jian-Qiao Sun, 2006, Stochastic Dynamics and Control. Monograph Series on Nonlinear Science and Complexity / Elsevier B.V. 2006 .-- 410 p.
2. Wang, H., 2003, Control of conditional output probability density functions for general nonlinear and non-Gaussian dynamic stochastic systems. IEE Proceedings: Control Theory and Applications 150, P. 55-60.2. Wang, H., 2003, Control of conditional output probability density functions for general nonlinear and non-Gaussian dynamic stochastic systems. IEE Proceedings: Control Theory and
3. Пухликов А.В. Задачи управления распределениями в динамических системах // Автоматика и телемеханика. - 1995. - №4. - С. 77-87.3. Pukhlikov A.V. Distribution control problems in dynamic systems // Automation and telemechanics. - 1995. - No. 4. - S. 77-87.
4. Пухликов А.В. Задачи управления распределениями // Нелинейная динамика и управление. ФИЗМАТЛИТ - №2, - 2010.4. Pukhlikov A.V. Distribution control problems // Nonlinear dynamics and control. FIZMATLIT - No. 2, - 2010.
5. Пат. 2565367 Российская Федерация. Способ контроля и управления динамической системой / Полосин В.Г., Бодин О.Н. - заявка №2014111833/08; заявлен 27.03.2014; опубл. 20.10.15 Бюл. №29.5. Pat. 2565367 Russian Federation. Method of control and management of a dynamic system / Polosin V.G., Bodin O.N. - application No. 2014111833/08; declared 03/27/2014; publ. 20.10.15 Bul. No. 29.
6. Лукас В.А. Теория управления техническими системами. - Издательство Уральского государственного горного университета. Екатеринбург. - 2005 г. - 676 с.6. Lucas V.A. Theory of control of technical systems. - Publishing house of the Ural State Mining University. Ekaterinburg. - 2005 - 676 p.
7. Polosin V.G., 2020, Mapping distributions in the entropy-parametric space / Journal of Physics: Conf. Ser., 1515 032044, doi:10.1088/1742-6596/1515/3/032044.7. Polosin V.G., 2020, Mapping distributions in the entropy-parametric space / Journal of Physics: Conf. Ser., 1515 032044, doi: 10.1088 / 1742-6596 / 1515/3/032044.
Claims (25)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020118571A RU2743897C1 (en) | 2020-05-26 | 2020-05-26 | Method for control of stochastic system state |
PCT/RU2021/000191 WO2021242139A1 (en) | 2020-05-26 | 2021-05-06 | Method for monitoring the state of a stochastic system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020118571A RU2743897C1 (en) | 2020-05-26 | 2020-05-26 | Method for control of stochastic system state |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2743897C1 true RU2743897C1 (en) | 2021-03-01 |
Family
ID=74857432
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020118571A RU2743897C1 (en) | 2020-05-26 | 2020-05-26 | Method for control of stochastic system state |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2743897C1 (en) |
WO (1) | WO2021242139A1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2189067C2 (en) * | 2000-06-23 | 2002-09-10 | Липецкий государственный технический университет | Method for automatic adaptation of multi-parameter automatic control systems to optimum conditions |
US6532454B1 (en) * | 1998-09-24 | 2003-03-11 | Paul J. Werbos | Stable adaptive control using critic designs |
RU2296356C1 (en) * | 2005-07-29 | 2007-03-27 | Виктор Лазаревич Лазарев | Method for controlling and monitoring dynamic system |
RU2443001C1 (en) * | 2010-08-05 | 2012-02-20 | Сергей Петрович Алексеев | Method for the region's ecological state data collection and an automated system of ecological monitoring and emergency monitoring of the regional environment |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2565367C1 (en) * | 2014-03-27 | 2015-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью (ООО) "Кардиовид" | Control over dynamic system |
-
2020
- 2020-05-26 RU RU2020118571A patent/RU2743897C1/en active
-
2021
- 2021-05-06 WO PCT/RU2021/000191 patent/WO2021242139A1/en active Application Filing
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6532454B1 (en) * | 1998-09-24 | 2003-03-11 | Paul J. Werbos | Stable adaptive control using critic designs |
RU2189067C2 (en) * | 2000-06-23 | 2002-09-10 | Липецкий государственный технический университет | Method for automatic adaptation of multi-parameter automatic control systems to optimum conditions |
RU2296356C1 (en) * | 2005-07-29 | 2007-03-27 | Виктор Лазаревич Лазарев | Method for controlling and monitoring dynamic system |
RU2443001C1 (en) * | 2010-08-05 | 2012-02-20 | Сергей Петрович Алексеев | Method for the region's ecological state data collection and an automated system of ecological monitoring and emergency monitoring of the regional environment |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2021242139A1 (en) | 2021-12-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Hyndman | Measuring forecast accuracy | |
Ibrahim | The Art of data analysis | |
Swihart et al. | On testing for independence of animal movements | |
Son et al. | Comparison of intrusive and nonintrusive polynomial chaos expansion-based approaches for high dimensional parametric uncertainty quantification and propagation | |
Tieleman et al. | Theoretically estimated peak wind loads | |
RU2743897C1 (en) | Method for control of stochastic system state | |
Shu et al. | Adaptive CUSUM procedures with Markovian mean estimation | |
Zviagintseva | Multiparameter ranking of areas based on the analysis of data about the condition of natural and anthropogenic systems | |
Muqtadir et al. | The Implementation of Grey Forecasting Model for Forecast Result’s Food Crop Agricultural | |
Zheng et al. | Inference on multiple correlation coefficients with moderately high dimensional data | |
Isaev et al. | Method for modeling accuracy measuring in evaluation of sustainability of information structure security system in terms of negative impacts | |
RU2746904C1 (en) | Method for controlling uncertainty of stochastic system with conditional estimate of distribution density center | |
EA043383B1 (en) | METHOD FOR CONTROLLING THE STATE OF A STOCHASTIC SYSTEM | |
Chen et al. | Design of experiments for interpolation-based metamodels | |
Hryniewicz et al. | Monitoring of short series of dependent observations using a XWAM control chart | |
US6768972B1 (en) | Method and device for reducing a number of measured values of a technical system | |
Isaev et al. | Estimation of the boundaries of the region of stable functioning of elements of special-purpose information systems characteristic | |
Sveshnikov et al. | Choosing the best observation channel parameters for measuring quantitative characteristics of objects in MCDM-problems and uncertainty conditions | |
Yahaya et al. | A note on the transmuted Weibull-Rayleigh distribution | |
Fadilah et al. | Outlier Identification on Penalized Spline Regression Modeling for Poverty Gap Index in Java | |
Carignano et al. | Assessing the effect of unknown widespread perturbations in complex systems using the ν-gap | |
Tantular et al. | Longitudinal data exploration of upper respiratory tract infection disease in Bandung city | |
Steiger et al. | Steady-state simulation analysis using ASAP3 | |
Kacprzak | Solving Systems of Linear Equations under Conditions of Uncertainty on the Example of the Leontief Model | |
Mokhtar et al. | Calculating Confidence Interval Estimation Using Maximum Likelihood Estimator For Dataset |