Квадратно-корневой метод идентификации параметров дискретных линейных стохастических систем с неизвестными входными сигналами
- Авторы: Цыганова Ю.В.1, Галушкина .В.2, Кувшинова А.Н.3
-
Учреждения:
- Университет Иннополис
- Ульяновский государственный университет
- Ульяновский государственный педагогический университет имени И. Н. Ульянова
- Выпуск: Том 27, № 3 (2025)
- Страницы: 341-363
- Раздел: Математика
- Статья получена: 17.10.2025
- Статья одобрена: 17.10.2025
- Статья опубликована: 27.08.2025
- URL: https://journals.rcsi.science/2079-6900/article/view/332388
- ID: 332388
Цитировать
Полный текст
Аннотация
В работе предложен новый квадратно-корневой метод параметрической идентификации градиентного типа для дискретных линейных стохастических систем в пространстве состояний с неизвестными входными сигналами. Разработан новый алгоритм вычисления значений критерия идентификации и его градиента на основе квадратно-корневой модификации метода Гиллейнса – Де-Мора, использующий численно устойчивые матричные ортогональные преобразования. В отличие от известных решений, в данной работе применены оригинальные методы дифференцирования матричных ортогональных преобразований. Построена и теоретически обоснована новая модель чувствительности, позволяющая вычислить значения градиента критерия идентификации через частные производные оценок вектора состояния по идентифицируемым параметрам. Основные результаты включают новые уравнения квадратно-корневой модели чувствительности и квадратно-корневой алгоритм вычисления значений критерия идентификации и его градиента. Вычислительные эксперименты выполнены в системе MATLAB на примере решения задачи численной идентификации стохастической модели диффузии с неизвестными граничными условиями. Эффективность предложенного алгоритма подтверждается сравнением методов градиентного и безградиентного типов. Результаты вычислительных экспериментов демонстрируют работоспособность предложенного подхода, который может быть использован для решения практических задач идентификации параметров математических моделей, представленных дискретными линейными стохастическими системами в пространстве состояний при отсутствии априорной информации о входных сигналах.
Об авторах
Юлия Владимировна Цыганова
Университет Иннополис
Email: tsyganovajv@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-8812-6035
д.ф.-м.н., профессор Института анализа данных и искусственного интеллекта
Россия, 420500, Россия, г. Иннополис, ул. Университетская, д. 1Дарья Валерьевна Галушкина
Ульяновский государственный университет
Email: dgalushkina73@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-4041-0533
ассистент кафедры информационных технологий
Россия, 432017, Россия, г. Ульяновск, ул. Льва Толстого, д. 42Анастасия Николаевна Кувшинова
Ульяновский государственный педагогический университет имени И. Н. Ульянова
Автор, ответственный за переписку.
Email: kuvanulspu@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-3496-5981
к.ф.-м.н., доцент кафедры высшей математики
Россия, 432071, Россия, г. Ульяновск, площадь Ленина, д. 4/5Список литературы
- Grewal M. S., Andrews A. P. Kalman filtering : Theory and practice using MATLAB. New Jersey : Prentice Hall, 2001. 401 p.
- Friedland B. Treatment of bias in recursive filtering // IEEE Transactions on Automatic Control. 1969. Vol. 14, no. 4. P. 359–367. doi: 10.1109/TAC.1969.1099223
- Kitanidis P. K. Unbiased minimum-variance linear state estimation // Automatica. 1987. Vol. 23, no. 6. P. 775–778. doi: 10.1016/0005-1098(87)90037-9
- Darouach M., Zasadzinski M. Unbiased minimum variance estimation for systems with unknown exogenous inputs // Automatica. 1997. Vol. 33, no. 4. P. 717–719. doi: 10.1016/S0005-1098(96)00217-8
- Hsieh C. -S. Robust two-stage Kalman filters for systems with unknown inputs // IEEE Transactions on Automatic Control. 2000. Vol. 45, no. 12. P. 2374–2378. doi: 10.1109/9.895577
- Gillijns S., De Moor B. Unbiased minimum-variance input and state estimation for linear discrete-time systems // Automatica. 2007. Vol. 43, no. 1. P. 111–116. doi: 10.1016/j.automatica.2006.08.002
- Gillijns S., Haverbeke N., De Moor B. Information, covariance and square-root filtering in the presence of unknown inputs // Proceedings of the 2007 European Control Conference (ECC) (Kos, Greece, 2–5 July 2007). 2007. P. 2213–2217. doi: 10.23919/ECC.2007.7068514
- Hua Y., Wang N., Zhao K. Simultaneous unknown input and state estimation for the linear system with a rank-deficient distribution matrix // Mathematical Problems in Engineering. 2021. doi: 10.1155/2021/6693690
- Tsyganova Yu., Tsyganov A. Parameter identification of the linear discrete-time stochastic systems with uknown exogenous inputs // Cybernetics and Physics. 2023. Vol. 12, no. 3. P. 219–229. doi: 10.35470/2226-4116-2023-12-3-219-229
- Цыганова Ю. В., Цыганов А. В. Об идентификации параметров дискретной линейной стохастической системы с неизвестными входными сигналами // XIV Всероссийское совещание по проблемам управления : сборник научных трудов. (Москва, 17–20 июня 2024 г.). М. : Институт проблем
- управления им. В. А. Трапезникова РАН, 2024. С. 991–995. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=79486619
- Galushkina D., Kuvshinova A., Tsyganova Yu. Numerical identification of reactiondiffusion model parameters under unknown boundary conditions // 2024 X International Conference on Information Technology and Nanotechnology (ITNT) (Samara, 20–24 May 2024.) IEEE. P. 1–4. doi: 10.1109/ITNT60778.2024.10582357
- Kailath T., Sayed A. H., Hassibi B. Linear estimation. New Jersey: Prentice Hall, 2000. 856 p.
- Цыганова Ю. В., Куликова М. В. О современных ортогонализованных алгоритмах оптимальной дискретной фильтрации // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия : Математическое моделирование и программирование. 2018. Т. 11, № 4. С. 5–30. doi: 10.14529/mmp180401
- Кувшинова А. Н., Галушкина Д. В. О квадратно-корневой модификации алгоритма Гиллейнса – Де-Мора // Ученые записки УлГУ. Серия «Математика и информационные технологии». 2022. Т. 1, № 2. С. 17–22. Режим доступа: https://www.mathnet.ru/rus/ulsu135
- Tsyganov A., Tsyganova Yu. SVD-based parameter identification of discrete-time stochastic systems with unknown exogenous inputs // Mathematics. 2024. Vol. 12, no. 7. doi: 10.3390/math12071006
- Цыпкин Я. З. Информационная теория идентификации. М.: Физматлит, 1995. 336 с.
- Gupta N. K., Mehra R. K. Computational aspects of maximum likelihood estimation and reduction in sensitivity function calculations // IEEE Transactions on Automatic Control. 1974. Vol. AC-19. P. 774–783. doi: 10.1109/TAC.1974.1100714
- Gibbs B. P., Andrews A. P. Advanced Kalman filtering, least-squares and modeling : a practical handbook. New Jersey : John Wiley & Sons, Inc., 2011. 632 p.
- Голубков А. В., Цыганова Ю. В., Цыганов А. В. Построение модели чувствительности на основе алгоритма одновременного оценивания входа и состояния для линейных дискретных стохастических систем с неизвестными входными воздействиями // Системы управления, сложные системы: моделирование, устойчивость, стабилизация, интеллектуальные технологии : материалы IX Международной
- научно-практической конференции. (Елец. 24–25 апреля 2023 г.) Елец.: Елецкий государственный университет им. И. А. Бунина, 2023. С. 41–45. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp id=79563251
- Bierman G. J., Belzer M. R., Vandergraft J. S., Porter D.W. Maximum likelihood estimation using square root information filters // IEEE Transactions on Automatic Control. 1990. Vol. 35, no. 12. P. 1293–1299. doi: 10.1109/9.61004
- Куликова М. В.,Цыганова Ю. В. О дифференцировании матричных ортогональных преобразований // Журнал вычислительной математики и математической физики. 2015. Т. 55, № 9. С. 1460–1473. doi: 10.7868/S0044466915090112
- Nocedal J.,Wright S. J. Numerical optimization. In Springer Series in Operations Research and Financial Engineering. Springer Nature, 2006. 664 p.
- Кувшинова А. Н. Динамическая идентификация смешанных граничных условий в модели конвективно-диффузионного переноса в условиях зашумленных измерений // Журнал Средневолжского математического общества. 2019. Т. 21, № 1. С. 469–479. doi: 10.15507/2079-6900.21.201904.469-479
- Мазо А. Б. Вычислительная гидродинамика. Ч. 1. Математические модели, сетки и сеточные схемы : учеб. пособие. Казань: Казан. ун-т, 2018. 165 с.
Дополнительные файлы




