Математические задачи в энергетике. Медведева С.Н. - 42 стр.

UptoLike

Составители: 

Выясним условия сходимости итерационного процесса.
Для метода ПрИт из (25), записав решение на (
i+1)-м и
i-м шаге, а затем вычтя решения, получим в матричной
форме
(
)
)1()()()1( +
=
iiii
xxCxx (29)
Поскольку это выражение справедливо для любых
i, то
выражение (29) можно записать
(
)
)0()1()()1(
xxCxx =
+ iii
(30)
Условие сходимости (28) можно преобразовать к виду
(
)
0
)()1(
lim
=
+
ii
i
xx
Тогда условие сходимости примет вид
0
lim
=
i
i
С (31)
Для выполнения условия (31)
необходимо и достаточно,
чтобы собственные значения матрицы
С были меньше 1.
nk
k
1,2,.., ,1 =<λ
Из курса ВМ вы знаете, что собственными значениями
матрицы называются корни характеристического
уравнения
0)det( =λ 1C
или (записать в развернутом виде)
Вычисление собственных значений характеристического
уравнения более сложная процедура, нежели решение
системы уравнений методом Гаусса, поэтому
необходимыми и достаточными условиями на практике
не пользуются. Применяются
достаточные условия
сходимости
, которые формулируются непосредственно
через элементы матрицы С:
1
1
<
=
n
j
ij
с при i=1,2,..,n
или 1
1
<
=
n
i
ij
с при j=1,2,..,n
или
ii
n
ji
j
ij
aс <
=1
при i=1,2,..,n (32)
Элементы матрицы С применительно к методу узловых
напряжений определяются элементами матрицы узловых
напряжений и зависят только от ее свойств.
А из этих свойств
диагональный элемент не равен 0, т.е.
преобразование к виду (22) всегда выполнимо.
Кроме того, как правило,
диагональные элементы
превышают недиагональные
(св-ва матрицы узл.
проводимостей), но поскольку в схемах замещения
имеются ветви с
индуктивными и емкостными
проводимостями
, то условие (32) часто не выполняется.
Однако, условие (32) –достаточное, поэтому его
невыполнение не означает, что итер. процесс не сходится
, в действительности итер. процесс по методу простой
итерации обычно сходится, хотя и очень медленно.
По методу Зейделя необходимые и достаточные условия
будут отличаться от необходимых и достаточных
условий по методу простой итерации, поскольку иначе
формируется матрица С, состоит из 2-х частей. Поэтому
в общем случае могут быть системы уравнений, которые
сходятся по методу Зейделя, и не сходятся по методу
ПрИт.
Но опять мы не будем пользоваться необх. и
дост.
условиями из-за их сложности.
Достаточные условия сходимости метода Зейделя
совпадают с достаточными условиями сходимости
метода ПрИт, но скорость сходимости процесса по
методу Зейделя больше, т.е. сходится быстрее.
Как
обеспечить
сходимость
итерац.
процесса?
Итак, как по методу Зейделя, так и по методу ПрИт мы
не всегда можем получить решение, поскольку процесс
может расходиться.
Но даже простое переставление уравнений в исходной
системе может изменить условия сходимости. Поэтом
возникает вопрос,
нельзя ли преобразовать исходную
систему уравнений таким образом, чтобы процесс
обязательно сходился
?
При положительно-определенной
матрице итерац.
Выясним условия сходимости итерационного процесса.                                     Элементы матрицы С применительно к методу узловых
Для метода ПрИт из (25), записав решение на (i+1)-м и                                  напряжений определяются элементами матрицы узловых
i-м шаге, а затем вычтя решения, получим в матричной                                   напряжений и зависят только от ее свойств.
форме                                                                                  А из этих свойств диагональный элемент не равен 0, т.е.
                            (
x (i +1) − x (i ) = C x (i ) − x (i −1)
                                (29)          )                                        преобразование к виду (22) всегда выполнимо.
                                                                                       Кроме того, как правило, диагональные элементы
Поскольку это выражение справедливо для любых i, то
выражение (29) можно записать                                                          превышают недиагональные (св-ва матрицы узл.
                                 (
x (i +1) − x (i ) = Ci x (1) − x (0)
                                (30)          )                                        проводимостей), но поскольку в схемах замещения
Условие сходимости (28) можно преобразовать к виду
       (                         )= 0
                                                                                       имеются ветви с индуктивными и емкостными
            (i +1)        (i )
lim x                −x                                                                проводимостями, то условие (32) часто не выполняется.
i →∞
                                                            i                          Однако, условие (32) –достаточное, поэтому его
Тогда условие сходимости примет вид                    lim С = 0   (31)                невыполнение не означает, что итер. процесс не сходится
                                                      i →∞                             , в действительности итер. процесс по методу простой
Для выполнения условия (31) необходимо и достаточно,                                   итерации обычно сходится, хотя и очень медленно.
чтобы собственные значения матрицы С были меньше 1.
λ k < 1,             k = 1,2,.., n                                                     По методу Зейделя необходимые и достаточные условия
Из курса ВМ вы знаете, что собственными значениями                                     будут отличаться от необходимых и достаточных
матрицы называются корни характеристического                                           условий по методу простой итерации, поскольку иначе
уравнения det(C − λ1) = 0                                                              формируется матрица С, состоит из 2-х частей. Поэтому
                                                                                       в общем случае могут быть системы уравнений, которые
или (записать в развернутом виде)                                                      сходятся по методу Зейделя, и не сходятся по методу
Вычисление собственных значений характеристического                                    ПрИт.
уравнения более сложная процедура, нежели решение                                      Но опять мы не будем пользоваться необх. и дост.
системы     уравнений     методом Гаусса,   поэтому                                    условиями из-за их сложности.
необходимыми и достаточными условиями на практике                                      Достаточные условия сходимости метода Зейделя
не пользуются. Применяются достаточные условия                                         совпадают с достаточными условиями сходимости
сходимости, которые формулируются непосредственно                                      метода ПрИт, но скорость сходимости процесса по
через элементы матрицы С:                                                              методу Зейделя больше, т.е. сходится быстрее.
 n
                                                                          Как          Итак, как по методу Зейделя, так и по методу ПрИт мы
∑ сij < 1              при i=1,2,..,n
                                                                          обеспечить   не всегда можем получить решение, поскольку процесс
j =1
                                                                          сходимость   может расходиться.
        n
                                                                          итерац.      Но даже простое переставление уравнений в исходной
или    ∑ сij < 1                 при j=1,2,..,n
                                                                          процесса?    системе может изменить условия сходимости. Поэтом
       i =1
         n                                                                             возникает вопрос, нельзя ли преобразовать исходную
или    ∑ сij < aii                   при i=1,2,..,n   (32)                             систему уравнений таким образом, чтобы процесс
        j =1                                                                           обязательно сходился?
       i≠ j                                                                            При положительно-определенной матрице итерац.