Кіріспе
Дифференциалдық теңдеудің түрі
Математикада кешіктірілген дифференциалдық теңдеулер (КДТ) – белгілі бір уақыттағы белгісіз функцияның туындысы функцияның бұрынғы уақыттағы мәндері арқылы берілген дифференциалдық теңдеудің түрі. КДТ сондай-ақ уақытты кешіктіру жүйелері, кейіннен әсер ететін немесе тоқтап тұратын жүйелер, мұрагерлік жүйелер, ауытқатын аргументі бар теңдеулер немесе дифференциалдық айырма теңдеулер деп те аталады. Олар функционалдық күйдегі жүйелер класына жатады, яғни шексіз өлшемді жай-күй векторы бар бөлшектік дифференциалдық теңдеулерге (БДТ) қарағанда, шекті өлшемді жай-күй векторы бар қарапайым дифференциалдық теңдеулерге (ҚДТ) қарама-қарсы келеді. КДТ-нің танымалдығын түсіндіретін төрт фактор бар:
Кейіннен әсер ету – қолданбалы мәселе: динамикалық өнімділіктің күтілуімен қатар инженерлер өздерінің модельдерінің нақты процеске сәйкес болуын қалайды. Көптеген процестер өздерінің ішкі динамикасында кейіннен пайда болатын құбылыстарды қамтиды. Сонымен қатар, кері байланыс басқару тізбектеріне қатысатын атқарушы механизмдер, сенсорлар және байланыс желілері осындай кешігулерді енгізеді. Сонымен қатар, нақты кешігулерден басқа, уақыттық кешігулер өте жоғары реттік модельдерді жеңілдету үшін жиі қолданылады. Осылайша, КДТ-ға қызығушылық барлық ғылыми салаларда, әсіресе басқару инженериясында артып келеді. Кешігу жүйелері әлі де көптеген классикалық басқарушыларға қарсы тұрады: ең қарапайым тәсіл оларды кейбір шекті өлшемді жуықтамалармен алмастыру болар еді. Алайда, КДТ арқылы жеткілікті түрде бейнеленген әсерлерді елемеу жалпы жағдайда тиімді емес: ең жақсы жағдайда (тұрақты және белгілі кешігулер) бұл басқаруды жобалауда бірдей күрделілікке әкеледі. Ең нашар жағдайларда (мысалы, уақытқа байланысты кешігулер) бұл тұрақтылық және тербелістер тұрғысынан қаупін тудыруы мүмкін. Кешігуді қасақана енгізу басқару жүйесіне пайдалы болуы мүмкін. Олардың күрделілігіне қарамастан, КДТ көбінесе бөлшектік дифференциалдық теңдеулердің (БДТ) өте күрделі саласында қарапайым шексіз өлшемді модельдер ретінде көрінеді. Уақытты кешіктіретін дифференциалдық теңдеудің жалпы түрі:
мұнда – шешімнің өткендегі траекториясын білдіреді. Бұл теңдеуде – -ден -ге функциялық оператор.
ДДЕ-ді шешу
Дифференциалдық кешіктірілген теңдеулер (ДДТ) көбінесе қадамдық әдіспен, қадамдық әдіс деп аталатын принцип бойынша шешіледі. Мысалы, бір ғана кешіктірілуі бар ДДТ-ні қарастырайық:
with given initial condition Then the solution on the interval is given by which is the solution to the inhomogeneous initial value problem
with This can be continued for the successive intervals by using the solution to the previous interval as inhomogeneous term. In practice, the initial value problem is often solved numerically.
берілген бастапқы шартымен. Онда [0, t] аралығындағы шешім мына түрде беріледі:
with given initial condition Then the solution on the interval is given by which is the solution to the inhomogeneous initial value problem
with This can be continued for the successive intervals by using the solution to the previous interval as inhomogeneous term. In practice, the initial value problem is often solved numerically.
ол гомогенді емес бастапқы мәселенің шешімі:
with given initial condition Then the solution on the interval is given by which is the solution to the inhomogeneous initial value problem
with This can be continued for the successive intervals by using the solution to the previous interval as inhomogeneous term. In practice, the initial value problem is often solved numerically.
мұндағы t > 0. Бұл келесі аралықтар үшін, алдыңғы аралықтың шешімін гомогенді емес мүше ретінде пайдаланып, жалғастырылуы мүмкін. Іс жүзінде, бастапқы мәселе көбінесе сандық түрде шешіледі.
with given initial condition Then the solution on the interval is given by which is the solution to the inhomogeneous initial value problem
with This can be continued for the successive intervals by using the solution to the previous interval as inhomogeneous term. In practice, the initial value problem is often solved numerically.