Irányításelmélet és technika II.

Hasonló dokumentumok
Irányításelmélet és technika II.

Számítógéppel irányított rendszerek elmélete. A rendszer- és irányításelmélet legfontosabb részterületei. Hangos Katalin. Budapest

Alap-ötlet: Karl Friedrich Gauss ( ) valószínűségszámítási háttér: Andrej Markov ( )

Dinamikus rendszerek paramétereinek BAYES BECSLÉSE. Hangos Katalin VE Számítástudomány Alkalmazása Tanszék

Irányításelmélet és technika I.

"Flat" rendszerek. definíciók, példák, alkalmazások

Statisztika elméleti összefoglaló

Haszongépj. Németh. Huba. és s Fejlesztési Budapest. Kutatási. Knorr-Bremse November 17. Knorr-Bremse

Adatbányászati szemelvények MapReduce környezetben

Dinamikus modellek szerkezete, SDG modellek

Line aris f uggv enyilleszt es m arcius 19.

BAGME11NNF Munkavédelmi mérnökasszisztens Galla Jánosné, 2011.

Gauss-Jordan módszer Legkisebb négyzetek módszere, egyenes LNM, polinom LNM, függvény. Lineáris algebra numerikus módszerei

Biomatematika 12. Szent István Egyetem Állatorvos-tudományi Kar. Fodor János

Gyakorló többnyire régebbi zh feladatok. Intelligens orvosi műszerek október 2.

Gyártórendszerek irányítási struktúrái

Numerikus matematika vizsga

FEGYVERNEKI SÁNDOR, Valószínűség-sZÁMÍTÁs És MATEMATIKAI

Statisztikai következtetések Nemlineáris regresszió Feladatok Vége

I. LABOR -Mesterséges neuron

Likelihood, deviancia, Akaike-féle információs kritérium

A maximum likelihood becslésről

Véletlen jelenség: okok rendszere hozza létre - nem ismerhetjük mind, ezért sztochasztikus.

Algoritmusok Tervezése. 6. Előadás Algoritmusok 101 Dr. Bécsi Tamás

Számítógépvezérelt irányítás és szabályozás elmélete (Bevezetés a rendszer- és irányításelméletbe, Computer Controlled Systems) 9. el?

Robotok inverz geometriája

5. előadás - Regressziószámítás

A mérési eredmény megadása

FEGYVERNEKI SÁNDOR, Valószínűség-sZÁMÍTÁs És MATEMATIKAI

Számítógépvezérelt irányítás és szabályozás elmélete (Bevezetés a rendszer- és irányításelméletbe, Computer Controlled Systems) 8.

Legkisebb négyzetek módszere, Spline interpoláció

Hipotézis STATISZTIKA. Kétmintás hipotézisek. Munkahipotézis (H a ) Tematika. Tudományos hipotézis. 1. Előadás. Hipotézisvizsgálatok

Digitális jelfeldolgozás

Számítógépvezérelt irányítás és szabályozás elmélete (Bevezetés a rendszer- és irányításelméletbe, Computer Controlled Systems) 9.

Matematikai geodéziai számítások 6.

Gyakorló feladatok. Agbeko Kwami Nutefe és Nagy Noémi

Least Squares becslés

Matematikai geodéziai számítások 6.

Mérési hibák

Biometria az orvosi gyakorlatban. Korrelációszámítás, regresszió

LTI Rendszerek Dinamikus Analízise és Szabályozásának Alapjai

Megoldott feladatok november 30. n+3 szigorúan monoton csökken, 5. n+3. lim a n = lim. n+3 = 2n+3 n+4 2n+1

Számítógéppel irányított rendszerek elmélete. Gyakorlat - Mintavételezés, DT-LTI rendszermodellek

Regresszió számítás az SPSSben

Többváltozós lineáris regressziós modell feltételeinek tesztelése I.

Numerikus matematika. Irodalom: Stoyan Gisbert, Numerikus matematika mérnököknek és programozóknak, Typotex, Lebegőpontos számok

Kovács Ernő 1, Füvesi Viktor 2

Többváltozós lineáris regressziós modell feltételeinek

Számítógépvezérelt irányítás és szabályozás elmélete (Bevezetés a rendszer- és irányításelméletbe, Computer Controlled Systems) 7.

Diszkrét idej rendszerek analízise az id tartományban

17. előadás: Vektorok a térben

Kalkulus I. gyakorlat Fizika BSc I/1.

Tartalom. 1. Állapotegyenletek megoldása 2. Állapot visszacsatolás (pólusallokáció)

Programozási módszertan. Függvények rekurzív megadása "Oszd meg és uralkodj" elv, helyettesítő módszer, rekurziós fa módszer, mester módszer

SZÉCHENYI ISTVÁN EGYETEM MŰSZAKI TUDOMÁNYI KAR RENDSZERELEMZÉS I.

Lineáris regressziós modellek 1

Egyenletek, egyenletrendszerek, matematikai modell. 1. Oldja meg az Ax=b egyenletrendszert Gauss módszerrel és adja meg az A mátrix LUfelbontását,

Mérési struktúrák

ELTE TáTK Közgazdaságtudományi Tanszék OKTATÁSGAZDASÁGTAN. Készítette: Varga Júlia. Szakmai felelős: Varga Júlia június

Autoregresszív és mozgóátlag folyamatok. Géczi-Papp Renáta

Matematikai alapok és valószínőségszámítás. Statisztikai becslés Statisztikák eloszlása

Hipotéziselmélet - paraméteres próbák. eloszlások. Matematikai statisztika Gazdaságinformatikus MSc szeptember 10. 1/58

Autoregresszív és mozgóátlag folyamatok

Poncelet egy tételéről

Vektorok, mátrixok, lineáris egyenletrendszerek

Regressziós vizsgálatok

Általánosan, bármilyen mérés annyit jelent, mint meghatározni, hányszor van meg

VIZSGADOLGOZAT. I. PÉLDÁK (60 pont)

Robotika. Kinematika. Magyar Attila

Sorozatok, sorozatok konvergenciája

Kvadratikus alakok és euklideszi terek (előadásvázlat, október 5.) Maróti Miklós, Kátai-Urbán Kamilla

DIFFERENCIÁLEGYENLETEK. BSc. Matematika II. BGRMA2HNND, BGRMA2HNNC

STATISZTIKA. Mit nevezünk idősornak? Az idősorok elemzésének módszertana. Az idősorelemzés célja. Determinisztikus idősorelemzés

Jelek és rendszerek 1. 10/9/2011 Dr. Buchman Attila Informatikai Rendszerek és Hálózatok Tanszék

Intelligens Rendszerek Elmélete. Versengéses és önszervező tanulás neurális hálózatokban

Keresés képi jellemzők alapján. Dr. Balázs Péter SZTE, Képfeldolgozás és Számítógépes Grafika Tanszék

1. Alapfogalmak Algoritmus Számítási probléma Specifikáció Algoritmusok futási ideje

Lineáris egyenletrendszerek

LNM folytonos Az interpoláció Lagrange interpoláció. Lineáris algebra numerikus módszerei

ANALÍZIS III. ELMÉLETI KÉRDÉSEK

ÉRZÉKELŐK ÉS BEAVATKOZÓK I. 3. MÉRÉSFELDOLGOZÁS

Bevezetés a Korreláció &

Diagnosztika Petri háló modellek felhasználásával

Összetett programozási tételek Rendezések Keresések PT egymásra építése. 10. előadás. Programozás-elmélet. Programozás-elmélet 10.

A KroneckerCapelli-tételb l következik, hogy egy Bx = 0 homogén lineáris egyenletrendszernek

Dekonvolúció, Spike dekonvolúció. Konvolúciós föld model

Matematika (mesterképzés)

Normák, kondíciószám

Matematika szigorlat június 17. Neptun kód:

11. Előadás. 11. előadás Bevezetés a lineáris programozásba

Ipari kemencék PID irányítása

= Y y 0. = Z z 0. u 1. = Z z 1 z 2 z 1. = Y y 1 y 2 y 1

Függvények növekedési korlátainak jellemzése


Híradástechikai jelfeldolgozás

Nagy számok törvényei Statisztikai mintavétel Várható érték becslése. Dr. Berta Miklós Fizika és Kémia Tanszék Széchenyi István Egyetem

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA II.

Trigonometria Megoldások. 1) Igazolja, hogy ha egy háromszög szögeire érvényes az alábbi összefüggés: sin : sin = cos + : cos +, ( ) ( )

Optimalizálás alapfeladata Legmeredekebb lejtő Lagrange függvény Log-barrier módszer Büntetőfüggvény módszer 2017/

Matematikai geodéziai számítások 10.

Átírás:

Irányításelmélet és technika II. Legkisebb négyzetek módszere Magyar Attila Pannon Egyetem Műszaki Informatikai Kar Villamosmérnöki és Információs Rendszerek Tanszék amagyar@almos.vein.hu 200 november 26.

Áttekintés Bevezetés Bevezetés 2 Predikciós hiba minimalizálása 3 Legkisebb négyzetek módszere Magyar A. (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 200 november 2 / 5

Bevezetés Bevezetés Modell paraméter becslés - problémafelvetés Adott egy parametrizált dinamikus rendszermodell y (M) = M(u, y; θ) mért adatsorozat (a kimenet mérési hibával terhelt) D[0, k] = {(u(i), y(i)) i = 0,..., k} alkalmas. jelnorma, amellyel az y (M) modellkimenet és az y mért kimenet közti különbség nagyságát mérjük Feladat számítsuk ki az ismeretlen θ modell paraméterek becslését (ˆθ) úgy, hogy y y (M) min Magyar A. (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 200 november 3 / 5

Áttekintés Predikciós hiba minimalizálása Bevezetés 2 Predikciós hiba minimalizálása Prediktív input-output modellek Predikciós hiba 3 Legkisebb négyzetek módszere Magyar A. (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 200 november 4 / 5

Predikciós hiba minimalizálása Prediktív input-output modellek Prediktív input-output modellek Dinamikus rendszerek paramétereinek becslésére többnyire bemenet-kimenet modelleket használunk...... mivel a rendszer bemenetei és kimenetei mérhetők közvetlenül emlineáris időinvariáns egykimenetű rendszerek prediktív alakja ŷ(k θ) = g(k, D[, k ]; θ) g nemlineáris függvény Magyar A. (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 200 november 5 / 5

Predikciós hiba Predikciós hiba minimalizálása Predikciós hiba A modell kimenetek és a mért kimenetek ismeretében előállítható a predikciós hiba sorozat ε(k, θ) = y(k) ŷ(k θ), k =,..., A paraméterbecslő eljárás a mért érték sorozatból előállít egy becsült paraméter vektort, azaz egy leképezés D ˆθ (A paraméterbecslés elve:) Az ismert D mért érték sorozatból kiszámítható az ε(k, θ) becslési hiba. A k = időpillanatban válasszuk meg a becsült ˆθ paraméter vektort úgy, hogy az ε(k, θ), k =,..., predikciós hibák a lehető legkisebbek legyenek. Magyar A. (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 200 november 6 / 5

Predikciós hiba minimalizálása orma megválasztása Predikciós hiba A predikciós hiba nagysága egy általános jelnormával mérhető V (θ, D ) = l(ε(k, θ)) i= ahol l(.) egy pozitív skalár értékű függvény. Egykimenetű eset: legegyszerűbb és legelterjedtebb a négyzetes jelnorma l(ε) = 2 ε2 Súlyozott eset: nem egyenlően pontos mérések V (θ, D ) = β(, k)l(ε(k, θ)) Magyar A. (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 200 november 7 / 5

Áttekintés Legkisebb négyzetek módszere Bevezetés 2 Predikciós hiba minimalizálása 3 Legkisebb négyzetek módszere Általános eset Lineáris eset A becslés tulajdonságai Magyar A. (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 200 november 8 / 5

Általános eset Legkisebb négyzetek módszere Általános eset Egykimenetű eset, négyzetes jelnorma: V (θ, D ) = t= [y(k) ŷ(k θ)]2 2 A keresett paramétervektor és a mért kimenetek vektora Prediktív modell: θ T = [θ θ 2... θ m ], y T = [y() y(2)... y()] ŷ(k θ) = f (θ, k), V (θ, D ) = [y(k) f (k, θ)] [y(k) f (k, θ)]2 2 f (k, θ) θ j = 0, j =,..., m (A fenti egyenletrendszert kell megoldani θ-ra.) Magyar A. (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 200 november 9 / 5

Lineáris eset Legkisebb négyzetek módszere Lineáris eset Paraméterekben lineáris modell esetén: ŷ(k θ) = θ T ϕ(k) ahol ϕ(.) az úgynevezett regresszor, a mért adatokat tartalmazza; θ a becsülni kívánt állandó modellparaméterek vektora. A predikciós hiba: ε(k, θ) = y(k) θ T ϕ(k) A minimalizálandó kritériumfüggvény: V (θ, D ) = [ ] 2 y(k) θ T ϕ(k) 2 Magyar A. (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 200 november 0 / 5

Lineáris eset Legkisebb négyzetek módszere Lineáris eset Elvégezve a parciális deriválásokat a paramétervektor elemei szerint: Ebből: [ ] ϕ(k) y(k) ϕ T (k)θ = 0 ϕ(k)y(k) = ϕ(k)ϕ T (k)θ aminek megoldása θ-ra adja az LS- vagy LK-becslést: [ ] ˆθ LS = ϕ(k)ϕ T (k) ϕ(k)y(k) Magyar A. (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 200 november / 5

Legkisebb négyzetek módszere Lineáris eset Példa - paraméterben lineáris nemlineáris eset Paraméterekben lineáris ARX modell, amikor a kimeneti rendszerzaj fehér. y(k) = a y 2 (k ) + b 0 u 4 (k) + e(k) Az általános nemlineáris prediktív alak: Segédváltozókkal: θ = [a b 0 ] T, ŷ(k θ) = y(k) e(k) y 2 (k ) = z(k ), u 4 (k) = w(k) a modell teljesen ARX alakra hozható. Magyar A. (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 200 november 2 / 5

Legkisebb négyzetek módszere Lineáris eset Példa - ARX modellek paramétereinek LK becslése Az általános alakú input-output modellben a mozgóátlag tag nulla, azaz a kimeneti rendszerzaj fehér A modell prediktív alakja: A (q )y(k) = B (q )u(k) + e(k) ŷ(k θ) = a y(k ) a 2 y(k 2) a n y(k n)+b 0 u(k)+ +b m u(k m A paramétervektor: A regresszor: θ = [ a a 2... a n b 0 b... b m ] T ϕ(k) = [y(k ) y(k 2)... y(k n) u(k) u(k )... u(k m)] T Magyar A. (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 200 november 3 / 5

Legkisebb négyzetek módszere A becslés tulajdonságai A becslés aszimptotikus tulajdonságai y(k) = θ T 0 ϕ(k) + ν 0 (k) modellel leírható rendszer, {ν 0 (k)} hibasorozattal, θ 0 a paraméter úgynevezett nominális értéke vagy "valódi érték"e. LK becslés és jelölés [ ] ˆθ LS = ϕ(k)ϕ T (k) ϕ(k)y(k), R() = ϕ(k)ϕ T (k) Magyar A. (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 200 november 4 / 5

Legkisebb négyzetek módszere A becslés tulajdonságai ˆθ LS () = [R()] ˆθ LS () = θ 0 + [R()] [ ] ϕ(k) ϕ(k) T θ 0 + ν 0 (k) ϕ(k)ν 0 (k) A becslési hiba a fenti egyenlet második tagja. Azt szeretnénk, - ha ez a tag "kicsi" lenne, hiszen ekkor lesz a becsült érték a valódi θ 0 értékhez közel, és azt, - ha ez a tag tartana 0-hoz a minta elemszámának növelésével, azaz, ha. Egy becslés viselkedését a mintaelemszám növelésével a becslés aszimptotikus viselkedés-ének nevezik. Ilyen értelemben beszélhetünk például aszimptotikus torzítatlanságról. Magyar A. (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 200 november 5 / 5