Планирование эксперимента в условиях линейного дрейфа


При непрерывном временном дрейфе влияние управляемых переменных на выходную величину Y заметно сказывается при переходе от опыта к опыту. Простейшим случаем непрерывного дрейфа является линейный дрейф.

Планирование эксперимента ортогонально к линейному дрейфу проводится с помощью матрицы планирования ПФЭ типа N=2n, что оказывается возможным, если при каждом последующем измерении составляющая линейного дрейфа изменяется на одну и ту же величину DYt. Выполнение этого условия не встречает особых затруднений и может быть достигнуто экспериментированием через строго определённые, равные промежутки времени Dt

Планирование эксперимента в условиях линейного дрейфа

Рис.5.2. Условие линейного дрейфа

Величина Dt выбирается из условия Dt ? ti, где ti – эквивалентное запаздывание реакции выхода по i-му каналу. Легко можно показать, что в этом случае линейный дрейф представим в виде ступенчатой функции (с N уровнями) и для представления этой функции необходимо L=log2N первых столбцов (не считая нулевого) матрицы ПФЭ (см. таблицу ниже). Описание дрейфа имеет вид

clip_image003, (5.19)

где ai – коэффициенты, определяемые обычными методами. Оставшиеся N-(L+1) столбцов матрицы планирования можно использовать для планирования эксперимента.

Правило получения планирования, ортогонального линейному дрейфу, заключается в следующем:

1) составляется матрица ПФЭ типа N =2L из условия 2L ? L+r, где r – число определяемых факторов (линейных, парных взаимодействий и т.д.);

2) первые L+1 столбцов используются для представления дрейфа;

3) оставшаяся часть матрицы есть искомое планирование, позволяющее определить коэффициенты неполной квадратичной модели.

Указанные положения для объекта с двумя входами (n=2) в случае N=2L=23=8 иллюстрируются в табл. 5.6.

Таблица 5.6

Матрица планирования эксперимента при линейном дрейфе
Время

t

g

Дрейф

Планирование

z0

z1

z2

z3

z4

z5

z6

P0

P1

P2

P3

x1

x2

x1x2

u0

u1

u2

u3

u1u2

u1u3

u2u3

u1u2u3

|

|

|

|

|

|

?

1

+

+

+

+

2

+

+

+

+

3

+

+

+

4

+

+

+

+

+

5

+

+

+

+

+

6

+

+

+

7

+

+

+

+

8

+

+

+

+

+

+

+

+

Предлагаемый план даёт возможность получить уравнение «истинной зависимости»

clip_image005 (5.20)

коэффициенты которой округляются независимо от дрейфа.

Общее уравнение связи для такого «дрейфующего объекта» имеет вид

clip_image007, (5.21)

где b0(t) – изменение свободного члена b0, определяет смещение поверхности отклика во времени.

Опыты при линейном дрейфе надо выполнять строго последовательно во времени через равные интервалы Dt согласно составленному плану.

Поскольку при экспериментировании в условиях непрерывного дрейфа дублирование экспериментов невозможно, то проверка воспроизводимости не производится.

Расчёт коэффициентов модели (коэффициенты линейного дрейфа) проводятся по известной формуле (5.11), а значимость всех коэффициентов определяется по t-критерию Стьюдента (5.12), при этом дисперсия определения коэффициентов S2{bi} рассчитывается по формуле (5.13). Значение дисперсии опыта S2{Y} берётся из какого-либо другого опыта со своим числом степеней свободы. Так, например, можно использовать дисперсию S2{Y}, определённую при экспериментировании в условиях блокового дрейфа с числом степеней свободы ns = Nбл (m-1).

Вычисляя коэффициенты ai можно проверить гипотезу линейности дрейфа, высказанную априорно. Гипотеза верна, если равенство

clip_image009 (5.22)

удовлетворяется достаточно хорошо.

В этом случае, если число членов аппроксимирующего уравнения меньше числа опытов N, проверяется адекватность математического описания «дрейфующего» объекта с помощью критерия Фишера. Так как при экспериментировании в условиях линейного дрейфа дублирование экспериментов не производится, то в этом случае будут велики дисперсии определения коэффициентов, что может повлечь за собой увеличение числа незначимых коэффициентов.

Проверка адекватности уравнения производится с исключёнными из него незначимыми коэффициентами. Если это математическое описание оказывается неадекватным объекту, то следует провести проверку адекватности уравнения с включёнными в него незначимыми коэффициентами.

Загрузка...