Fast rational interpolation of transfer functions of linear dynamic systems with distributed parameters

Abstract

EN: Contex. Fast method of rational interpolation of the transfer function of linear dynamical systems with distributed parameters is described, the values of which can be found by numerical methods or by calculating the transcendental functions of the Laplace integral transform variable. The method makes it possible to determine explicitly the transfer function and, in particular, the characteristic equation of such a degree, which is sufficient to meet the accuracy requirements when calculating the root quality criteria for the dynamics of automatic control systems. Objective. According to the proposed method, rational interpolation is reduced to solving a system of linear equations, the order of which is much lower (more than twice) the order of similar systems used for rational interpolation of functions by known methods. The properties of this system are such that its solution can be obtained by special fast methods of the quadratic order of complexity. Method. An iterative algorithm for calculating the transfer function coefficients of a linear dynamic system with distributed parameters is carried out using the methods of complex variable functions theory using the discrete Laplace transform. The proposed approach made it possible to significantly speed up the calculations by decomposing the system of linear equations with respect to the coefficients of the transfer function to a system of approximately half the order, which allows a quick solution by the methods of Trench, Berlekamp-Massey, or Euclid. Results. An example of the practical use of an iterative algorithm for rational interpolation and calculation with a given accuracy of the root quality criteria for the dynamics of a support with gas lubrication is considered. Conclusions. The method allows to define explicitly the characteristic equation of such a degree, which is sufficient to meet the accuracy requirements when calculating the root quality criteria for the dynamics of automatic control systems. Rational interpolation is reduced to solving a system of linear equations, the order of which is much lower (more than twice) the order of similar systems used for rational interpolation of functions by known methods. The properties of the system are such that its solution can be obtained by special fast methods of the quadratic order of complexity. UK: Актуальність. Викладається швидкий метод раціональної інтерполяції передавальної функції лінійних динамічних систем з розподіленими параметрами, значення якої можуть бути знайдені чисельними методами або розрахунком трансцендентних функцій змінної інтегрального перетворення Лапласа. Метод дозволяє визначити в явному вигляді передавальну функцію і, зокрема, характеристичне рівняння такої міри, яка достатня для задоволення вимог точності при розрахунку кореневих критеріїв якості динаміки систем автоматичного управління. Мета. Відповідно до запропонованого методу раціональна інтерполяція зводиться до вирішення системи лінійних рівнянь, порядок якої значно нижче (більш ніж удвічі) порядку аналогічних систем, що застосовуються для раціональної інтерполяції функцій відомими методами. Властивості цієї системи є такими, що її рішення може бути отримано спеціальними швидкими методами квадратичного порядку складності. Метод. Ітераційний алгоритм розрахунку коефіцієнтів передавальної функції лінійної динамічної системи з розподіленими параметрами проведено з використанням методів теорії функцій комплексної змінної з використанням дискретного перетворення Лапласа. Запропонований підхід дозволив значно прискорити розрахунки за допомогою декомпозиції системи лінійних рівнянь щодо коефіцієнтів передавальної функції до системи приблизно вдвічі меншого порядку, яка допускає швидке рішення методами Тренча, Берлекампа-Мессі або Евкліда. Результати. Розглянуто приклад практичного використання ітераційного алгоритму раціональної інтерполяції і обчислення із заданою точністю кореневих критеріїв якості динаміки опори з газової мастилом. Висновки. Метод дозволяє явно визначити характеристичне рівняння такої міри, яка достатня для виконання вимог точності при обчисленні кореневих критеріїв якості динаміки систем автоматичного управління. Раціональна інтерполяція зводиться до вирішення системи лінійних рівнянь, порядок якої набагато нижче (більш ніж в два рази) порядку аналогічних систем, використовуваних для раціональної інтерполяції функцій відомими методами. Властивості системи такі, що її рішення може бути отримано спеціальними швидкими методами квадратичного порядку складності.