Поведенческое моделирование - Википедия - Behavioral modeling

Поведенческий подход к теория систем и теория управления был инициирован в конце 1970-х годов Дж. К. Виллемс в результате устранения несоответствий, присутствующих в классических подходах, основанных на представлениях пространства состояний, передаточной функции и свертки. Этот подход также мотивирован целью получения общей основы для системного анализа и контроля, которая уважает лежащие в основе физика.

Главный объект в поведенческой установке - это поведение - набор всех сигналов, совместимых с системой. Важной особенностью поведенческого подхода является то, что он не различает приоритеты между входными и выходными переменными. Поведенческий подход не только поставил теорию систем и контроль на строгую основу, но и объединил существующие подходы и принес новые результаты. управляемость для nD систем, управление через межсоединение,^[1] и идентификация системы.^[2]

Динамическая система как совокупность сигналов

В поведенческой среде динамическая система представляет собой тройную

${ Displaystyle Sigma = ( mathbb {T}, mathbb {W}, { mathcal {B}})}$

куда

• ${ Displaystyle mathbb {T} substeq mathbb {R}}$ это «набор времени» - периоды времени, в течение которых система развивается,
• ${ Displaystyle mathbb {W}}$ является «сигнальным пространством» - набором, в котором переменные, эволюция которых моделируется во времени, принимают свои значения, и
• ${ Displaystyle { mathcal {B}} substeq mathbb {W} ^ { mathbb {T}}}$ «поведение» - набор сигналов, которые совместимы с законами системы.

(${ Displaystyle mathbb {W} ^ { mathbb {T}}}$ обозначает множество всех сигналов, т.е. функций из ${ displaystyle mathbb {T}}$ в ${ Displaystyle mathbb {W}}$).

${ displaystyle w in { mathcal {B}}}$ Значит это ${ displaystyle w}$ - траектория системы, а ${ Displaystyle ш notin { mathcal {B}}}$ означает, что законы системы запрещают траекторию ${ displaystyle w}$ произойдет. Перед моделированием явления каждый сигнал в ${ Displaystyle mathbb {W} ^ { mathbb {T}}}$ считается возможным, а после моделирования только результаты в ${ displaystyle { mathcal {B}}}$ остаются как возможности.

Особые случаи:

• ${ Displaystyle mathbb {T} = mathbb {R}}$ - системы непрерывного времени
• ${ Displaystyle mathbb {T} = mathbb {Z}}$ - системы с дискретным временем
• ${ Displaystyle mathbb {W} = mathbb {R} ^ {q}}$ - большинство физических систем
• ${ Displaystyle mathbb {W}}$ конечное множество - дискретные системы событий

Линейные инвариантные во времени дифференциальные системы

Свойства системы определяются в терминах поведения. Система ${ Displaystyle Sigma = ( mathbb {T}, mathbb {W}, { mathcal {B}})}$ как говорят

• "линейный", если ${ Displaystyle mathbb {W}}$ - векторное пространство и ${ displaystyle { mathcal {B}}}$ является линейным подпространством в ${ Displaystyle mathbb {W} ^ { mathbb {T}}}$,
• "не зависящий от времени", если набор времени состоит из действительных или натуральных чисел и

${ Displaystyle sigma ^ {т} { mathcal {B}} substeq { mathcal {B}}}$ для всех ${ displaystyle t in mathbb {T}}$,

куда ${ Displaystyle sigma ^ {т}}$ обозначает ${ displaystyle t}$-сдвиг, определяемый

${ Displaystyle sigma ^ {t} (е) (т '): = е (т' + т)}$.

В этих определениях линейность формулирует закон суперпозиции, в то время как временная инвариантность артикулирует, что сдвиг во времени правовой траектории, в свою очередь, является правовой траекторией.

«Линейная инвариантная во времени дифференциальная система» - это динамическая система ${ Displaystyle Sigma = ( mathbb {R}, mathbb {R} ^ {q}, { mathcal {B}})}$ чье поведение ${ displaystyle { mathcal {B}}}$ является системой решений системы линейных обыкновенных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами ${ Displaystyle R (д / дт) ш = 0}$, куда ${ displaystyle R}$ это матрица многочленов с действительными коэффициентами. Коэффициенты при ${ displaystyle R}$ параметры модели. Чтобы определить соответствующее поведение, нам нужно указать, когда мы рассматриваем сигнал ${ Displaystyle ш: mathbb {R} rightarrow mathbb {R} ^ {q}}$ быть решением ${ Displaystyle R (д / дт) ш = 0}$. Для простоты изложения часто рассматриваются бесконечные дифференцируемые решения. Есть и другие возможности, например, принятие решений по распределению или решений в ${ displaystyle { mathcal {L}} ^ { rm {local}} ( mathbb {R}, mathbb {R} ^ {q})}$, и с обыкновенными дифференциальными уравнениями, интерпретируемыми в смысле распределений. Определяемое поведение

${ displaystyle { mathcal {B}} = {w in { mathcal {C}} ^ { infty} ( mathbb {R}, mathbb {R} ^ {q}) ~ | ~ R ( d / dt) w (t) = 0 { text {для всех}} t in mathbb {R} }.}$

Этот конкретный способ представления системы называется «ядерным представлением» соответствующей динамической системы. Есть много других полезных представлений того же поведения, включая передаточную функцию, пространство состояний и свертку.

Доступные источники, касающиеся поведенческого подхода, см. ^[3].^[4]

Наблюдаемость скрытых переменных

Ключевой вопрос поведенческого подхода заключается в том, можно ли вывести величину w1 из наблюдаемой величины w2 и a модель. Если w1 может быть выведено из w2 и модели, w2 называется наблюдаемый. С точки зрения математического моделирования, вычисляемая величина или Переменная часто называют скрытая переменная а наблюдаемая переменная - это явная переменная. Такая система в таком случае называется системой наблюдаемых (скрытых переменных).

Рекомендации

Дополнительные источники

• Паоло Раписарда и Ян Виллемс, 2006 г. Последние изменения в теории поведенческих систем, 24–28 июля 2006 г., MTNS 2006, Киото, Япония
• Дж. К. Виллемс. Терминалы и порты. Журнал IEEE Circuits and Systems Magazine, том 10, выпуск 4, страницы 8–16, декабрь 2010 г.
• Дж. К. Виллемс и Г. Л. Трентельман. О квадратичных дифференциальных формах. Журнал SIAM по контролю и оптимизации, том 36, страницы 1702-1749, 1998
• Дж. К. Виллемс. Парадигмы и загадки теории динамических систем. IEEE Transactions on Automatic Control Volume 36, страницы 259-294, 1991
• Дж. К. Виллемс. Модели для динамики. Отчет о динамике, том 2, страницы 171-269, 1989 г.