Построение моделей систем обмена информацией с дискретным и распределённым запаздыванием и задержанной обратной связью

Автор: Ермолаев Валерий Андреевич, Кропотов Юрий Анатольевич, Проскуряков Александр Юрьевич

Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics

Рубрика: Численные методы и анализ данных

Статья в выпуске: 3 т.44, 2020 года.

Бесплатный доступ

В работе исследуются вопросы построения моделей систем обмена информацией с дискретным и распределённым запаздыванием и задержанной обратной связью методами теории линейных функционально - дифференциальных уравнений. Показано, что при решении вышеуказанных уравнений учитываются ограничения, обусловленные неопределённостью моделируемой системы, которые заключаются в отсутствии точных сведений о параметрах элементов модели, их естественном разбросе и об изменениях во времени, что приводит к требованию решения задачи идентификации. Вводимые в работе модели с непрерывным последействием более полно учитывают характер отражённых сигналов в замкнутых пространствах, что повышает достоверность результатов моделирования по сравнению с известными дифференциально-разностными моделями. При этом возникает проблема нахождения функций, характеризирующих распределение запаздывания эха по величине. В работе эти функции (ядра) аппроксимируются рядом экспонент, что упрощает уравнения и позволяет принять последействие сосредоточенным как на конечном, так и на бесконечном интервале. Компоненты эха, обусловленные резонансами замкнутых пространств, моделируются передаточными функциями соответствующих линейных звеньев. При численном моделировании рассматривалась одноканальная модель, представленная резонансным звеном второго порядка и ядром импульсной формы, описываемой суммой двух убывающих экспонент. Анализ устойчивости моделей систем с задержанной обратной связью решался частотным методом. В работе рассмотрен подход к оцениванию корреляционных и спектральных функций сигналов и компонент шумовых составляющих, основанный на параметрическом представлении последних. В работе рассмотрены вопросы прикладного значения результатов исследований.

Еще

Функционально-дифференциальные уравнения, модель систем с задержанной обратной связью, эхо-сигналы, речевая связь, оповещение, аппроксимация функций распределения, распределённое запаздывание, идентификация

Короткий адрес: https://sciup.org/140250011

IDR: 140250011   |   DOI: 10.18287/2412-6179-CO-655

Список литературы Построение моделей систем обмена информацией с дискретным и распределённым запаздыванием и задержанной обратной связью

  • Гурецкий, Х. Анализ и синтез систем управления с запаздыванием / Х. Гурецкий. - М.: Машиностроение, 1974. - 328 с.
  • Резван, В. Абсолютная устойчивость автоматических систем с запаздыванием / В. Резван. - М.: Наука, 1983. - 360 с.
  • Цыкунов, А.М. Робастная синхронизация сети объектов с распределенным запаздыванием / А.М. Цыкунов // Автоматика и телемеханика. - 2015. - № 11. - С. 60-75.
  • Цыкунов, А.М. Робастное управление для одного класса нелинейных объектов с распределенным запаздыванием / А.М. Цыкунов // Проблемы управления. - 2016. - № 3. - С. 16-22.
  • Tchangani, A.P. Robust stabilization of delay systems with discrete or distributed delayed control / A.P. Tchangani, M. Dambrine, J.P. Richard. // Proceedings of the 37th IEEE Conference on Decision & Control. - 1998. - P. 4051-4056.
  • Хартовский, В.Е. К задачам управляемости и идентифицируемости динамически систем со многими запаздываниями / В.Е. Хартовский // Автоматика и телемеханика. - 2005. - № 9. - C. 40-53.
  • Хартовский, В.Е. Задачи идентификации и управления выходом для систем с запаздываниями / В.Е. Хартовский / В.Е. Хартовский // Автоматика и телемеханика. - 2011. - № 5. - С. 17-31.
  • Erneux, T. Applied delay differential equations / T. Erneux. - New York: Springer, 2009. - 204 p.
  • O'Brien, D. Optical communications through free space / D. O'Brien. - In: Handbook of optoelectronics. Applications of optoelectronics, Vol. III. / ed. by J.P. Dakin, R.G.W. Brown. - Chapter 31. - Broken, N.Y.: CRC Press, 2018. - P. 413-427.
  • Mbe, J.H.T. Mixed-mode oscillations in slow-fast delayed optoelectronic systems / J.H.T. Mbe, A.F. Talla, G.R.G. Chengui, A. Coillet, L. Larger, P.W. Yanne, Y.K. Chembo // Physical Review E. - 2015. - Vol. 91. - 012902.
  • Marquez, B.A. Interaction between Lienard and Ikeda dynamics in a nonlinear electro-optical oscillator with delayed bandpass feedback / B.A. Marquez, L. Larger, D. Brunner, Y.K. Chembo, M. Jacquot. // Physical Review E. - 2016. - Vol. 94. - 062208.
  • Illing, L. Scaling behavior of oscillations arising in delay-coupled optoelectronic oscillators / L. Illing, G. Hoth, L. Shareshian, C. May // Physical Review E. - 2011 - Vol. 83. - 026107.
  • Martines-Llinas, J. Tuning the period of square-wave oscillations for delay-coupled optoelectronic systems / J. Martines-Llinas, P. Colet, T. Erneux // Physical Review E. - 2014. - Vol. 89. - 042908.
  • Lenstra, D. Relaxation oscillation dynamics in semiconductor diode lasers with optical feedback / D. Lenstra // IEEE Photonics Technology Letters. - 2013. - Vol. 25, Issue 6. - P. 591-593.
  • Peil, M. Routes to chaos and multiple time scale dynamics in broadband bandpass nonlinear delay electro-optic oscillators / M. Peil, M. Jacquot, Y.K. Chembo, L. Larger, T. Erneux // Physical Review E. - 2009. - Vol. 79. - 026208.
  • Лойко, Н.А. Нелинейная динамика лазерных систем с запаздыванием / Н.А. Лойко, А.М. Самсон // Квантовая электроника. - 1994. - Т. 21, № 8. - С. 713-728.
  • Kouomou, Y.C. Chaotic breathers in delayed electro-optical systems / Y.C. Kouomou, P. Colet, L. Larger, N. Gastaud. // Physical Review Letters. - 2005. - Vol. 95. - 203903.
  • Белоусов, П.П. Лазерная доплеровская визуализация поля скорости / П.П. Белоусов, П.Я. Белоусов, Ю.Н. Дубнищев // Квантовая электроника. - 1999. - Т. 29, № 2. - С. 157-162.
  • Дубнищев, Ю.Н. Лазерная доплеровская визуализация поля скоростей с исключением влияния многочастичного рассеяния / Ю.Н. Дубнищев, Ю.В. Чугуй, Ю. Компенханс // Квантовая электроника. - 2009. - Т. 39, № 10. - С. 962-966.
  • Глызин, С.Д. Релаксационные автоколебания в сетях импульсных нейронов / С.Д. Глызин, А.Ю. Колесов, Н.Х. Розов // Успехи математических наук. - 2015. - Т. 70, Вып. 3(423). - С. 3-76.
  • Глызин, С.Д. Теория неклассических релаксационных колебаний в сингулярно возмущенных системах с запаздыванием / С.Д. Глызин, А.Ю. Колесов, Н.Х. Розов // Математический сборник. - 2014. - Т. 205, № 6. - C. 21-86.
  • Мышкис, А.Д. Линейные дифференциальные уравнения с запаздывающим аргументом / А.Д. Мышкис. - М.-Л.: Гостехиздат, 1951. - 256 с.
  • Kolmanovskii, V. Introduction to the theory and applications of functional differential equations / V. Kolmanovskii, A. Myshkis. - Dordrecht, Boston, London: Kluwer Academic Publishers, 1999. - 648 p.
  • Красовский, Н.Н. Некоторые задачи теории устойчивости движения / Н.Н. Красовский. - М.: Физматлит, 1959. - 212 с.
  • Беллман, Р. Дифференциально-разностные уравнения / Р. Беллман, К. Кук. - М.: Мир, 1967. - 548 с.
  • Эльсгольц, Л.Э. Введение в теорию дифференциальных уравнений с отклоняющимся аргументом / Л.Э. Эльсгольц. - М.: Наука, 1971. - 296 с.
  • Хейл, Дж. Теория функционально-дифференциальных уравнений / Дж. Хейл. - М.: Мир, 1984. - 421 с.
  • Пинни, Э. Обыкновенные дифференциально-разностные уравнения / Э. Пинни. - М.: Издательство Иностранной Литературы, 1961. - 248 с.
  • Topics in acoustic echo and noise control: Selected methods for the cancelation of acoustic echoes, the reduction of background noise, and speech processing / ed. by E. Hansler, G. Schmidt. - Berlin, Heidelberg: Springer, 2006. - 642 p.
  • Kuttruff, H. Room acoustics / H. Kuttruff. - London, New York: Spon Press, 2009. - 374 p.
  • Канев, Н.Г. Реверберация в трапециевидном помещении / Н.Г. Канев // Акустический журнал. - 2013. - Т. 59, № 5. - С. 607-612.
  • Канев, Н.Г. О максимальном поглощении звука резонатором Гельмгольца в помещении на низких частотах / Н.Г. Канев // Акустический журнал. - 2018. - Т. 64, № 6. - С. 752-755.
  • Бобровницкий, Ю.И. Импедансный подход к проектированию эффективных поглотителей колебательной энергии / Ю.И. Бобровницкий, К.Д. Морозов, Т.М. Томилина // Акустический журнал. - 2017. - Т. 63, № 2. - С. 137-144.
  • Бобровницкий, Ю.И. Модели и общие волновые свойства двумерных акустических метаматериалов и сред / Ю.И. Бобровницкий // Акустический журнал. - 2015. - Т. 63, № 3. - С. 283-294.
  • Бобровницкий, Ю.И. Гистерезисное демпфирование и причинность / Ю.И. Бобровницкий // Акустический журнал, 2013, т. 59, № 3, с. 291-295.
  • Ахунов, Х.Г. Условия когерентного сложения волн при обратном рассеянии звука в каналах при многолучевом распространении / Х.Г. Ахунов, Ю.А. Кравцов // Акустический журнал. - 1984. - Т. 30, № 2. - С. 145-148.
  • Min, Q. Study of stepped acoustic resonator with transfer matrix method / Q. Min, W.-Q. He, Q.-B. Wang, J.-J. Tian, Q.-Y. Zhang // Acoustical Physics. - 2014. - Vol. 60, Issue 4. - P. 492-498.
  • Сысоев, И.В. Определение параметров элементов и архитектуры связей в ансамблях связанных систем с запаздыванием по временным рядам / И.В. Сысоев, М.Д. Прохоров, В.И. Пономаренко, Б.П. Безручко // Журнал технической физики. - 2014. - Т. 84, Вып. 10. - С. 16-26.
  • Сысоев, И.В. Реконструкция ансамблей осцилляторов с нелинейными запаздывающими связями / И.В. Сысоев, В.И. Пономаренко, М.Д. Прохоров // Письма в ЖТФ. - 2018. - Т. 44, Вып. 22. - С. 57-64.
  • Сысоев, И.В. Идентификация структуры взаимодействий и собственных параметров элементов в сетях, состоящих из систем с задержкой / И.В. Сысоев, В.И. Пономаренко, М.Д. Прохоров // Письма в ЖТФ. - 2016. - Т. 42, Вып. 1. - С. 95-102.
  • Пономаренко, В.И. Коллективная динамика идентичных бистабильных автогенераторов с запаздыванием, связанных через общее поле / В.И. Пономаренко, Д.Д. Кульминский, А.С. Караваев, М.Д. Прохоров // Письма в ЖТФ. - 2017. - Т. 43, Вып. 6. - С. 64-71.
  • Ермолаев, В.А. Методы локального анализа и сглаживание временных рядов и дискретных сигналов / В.А. Ермолаев, Ю.А. Кропотов // Математическое моделирование. - 2017. - Т. 29, № 2. - С. 119-132.
  • Ермолаев, В.А. Метод интерполяционной фильтрации в задачах обработки речевых сигналов во временной области / В.А. Ермолаев, О.Е. Карасев, Ю.А. Кропотов // Вестник компьютерных и информационных технологий. - 2008. - № 7. - С. 12-17.
  • Ермолаев, В.А. Идентификация моделей дискретных линейных систем с переменными, медленно изменяющимися параметрами / В.А. Ермолаев, Ю.А. Кропотов, В.Т. Еременко, О.Е. Карасев // Радиотехника и электроника. - 2010. - Т. 55, № 1. - С. 57-62.
Еще
Статья научная