- •Федеральное агентство по образованию
- •1.2. Теоретические сведения
- •1.2.1. Выбор формы идентификации и регрессионный анализ
- •1.2.2. Статистический анализ модели
- •1.3. Пример построения модели идентификации
- •Лабораторная работа № 2 Тема: «Планирование экспериментов»
- •2.1.Задания
- •2.2. Исходные данные для выполнения лабораторной работы
- •2.3. Статистическая обработка результатов пфэ
- •2.4. Пример выполнения работы
1.2. Теоретические сведения
1.2.1. Выбор формы идентификации и регрессионный анализ
Математически
задача идентификации формулируется
следующим образом. Имеется nпар экспериментальных точек
.
Требуется построить зависимость (модель)
,
(1.2)
которая описывает характеристики изучаемой системы. Уравнение (1.2) называется уравнением регрессии.
Построение модели идентификации начинается с выбора формы модели, т.е. вида зависимости (1.2). При этом на практике могут встретится два случая.
Форма математической модели известна заранее. В этом случае задача идентификации сводится к определению коэффициентов этой модели.
Форма математической модели заранее неизвестна. В этом случае целесообразно использовать для построения модели общее разложение функции в ряд Тейлора.
В данной лабораторной работе при идентификации ставится задача нахождение приближенной модели в виде полинома степени p
.
Согласно методу
наименьших квадратов, искомый вектор
находится из решения нормального
уравнения
,
где

Таким образом, для определения коэффициентов уравнения регрессии необходимо произвести следующие операции:
составить матрицу независимых переменных Вандермонда
и матрицу-столбец результатов
,
здесьmчисло коэффициентов регрессии
(m=p+1).найти транспонированную матрицу переменных
и произвести перемножение матриц
;найти обратную матрицу
и умножить ее на матрицу
,
т.е. получить искомую матрицу-столбец
.
1.2.2. Статистический анализ модели
После вычисления коэффициентов регрессии необходимо провести статистический анализ полученной модели. Для этого необходимо вычислить следующие характеристики регрессионной зависимости:
величину остаточной суммы квадратов отклонений фактических значений
от
ее теоретических значений
и число степеней свободы модели
;
средние квадраты остаточных сумм
![]()
критерий Фишера
![]()
здесь
- дисперсия, характеризующая ошибку
эксперимента.
F– отношение характеризуется двумя
последовательно записанными значениями
степеней свободы числителя и знаменателя.
При этом, так как точность статистических
оценок возрастает с ростом числа степеней
свободы, то число степеней свободы
точной величины
принимается равным
.
Полученную величину
F– отношения
сравнивают
с критическим (пороговым) значение
критерия Фишера
при
соответствующих числах степеней свободы
и заданном уровне значимости
.
При
-
модель принимается. Если
расхождение
результатов моделирования и
экспериментальных данныхзначимои, следовательно, модель должна быть
отвергнута как недостаточно точная.
оценку связи коэффициентов регрессии между собой
.
Эта оценка проводится по ковариационной матрице
.
Диагональные элементы матрицы определяют дисперсии коэффициентов регрессии, а недиагональные – взаимосвязь этих коэффициентов.
Коэффициент
корреляции может изменяться в пределах
.
Для сравнения моделей необходимо:
рассчитать дополнительную сумму квадратов
,
где
- остаточная сумма квадратов первой и
второй модели соответственно;
определить число степеней свободы дополнительной суммы квадратов
;
посчитать средний квадрат дополнительной суммы
;
определить роль дополнительной информации с помощью критерия Фишера
.
Если полученное
значение критерия Фишера значимо
,
то дополнительная информация, заложенная
в модель 2 существенна, и модель 2
действительно отличается от модели 1.
В противном случае уточнения, вносимые
моделью 2, неразличимы на фоне шума; с
точки зрения модели равноценны и
предпочтение должно быть отдано более
простой модели 1.
