9.2.1 Dämpfung nach der Krümmung



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9.2.1 Dämpfung nach der Krümmung

Wenn man das lineare Gleichungssystem gelöst hat, kann man dazu übergehen, das eindimensionale Problem für die Dämpfung zu analysieren:

  

In der Taylor-Reihe in (9.5) steht symbolisch für einen konstanten Vektor, der die zweiten Richtungsableitungen des Vektors in die Richtung des Änderungsvektors enthält.

Dieser Vektor beschreibt die Krümmung der nichtlinearen Vektorfunktion und ist für die Bestimmung der Dämpfung ein wichtiges Hilfsmittel.

Eine Möglichkeit, um sicherzustellen, daß die gedämpfte Variablenänderung nicht zu sehr aus dem linearen Bereich um den Momentanzustand hinausführt, ist eine Beschränkung der Anteile zweiter und höherer Ordnung in (9.5). Man bildet für eine Dämpfung die Differenz zwischen dem tatsächlichen Residuum und der linearen Vorhersage, also den nichtlinearen Anteil:

 

Indem man fordert, daß dieser nichtlineare Anteil, der beim Ändern des Variablenvektors entsteht, zum linearen Anteil ein Verhältnis von nicht überschreitet,

 

beschränkt man die Dämpfung. Dieses Verhältnis, das natürlich in einer Vektornorm formuliert werden muß, kann aus (9.5) abgeschätzt werden, wenn man die Anteile höherer als zweiter Ordnung vernachlässigt:

 

und daraus ergibt sich eine Dämpfung von höchstens

 

In der praktischen Implementierung ist die zweite Ableitung nicht bekannt, daher werden alle Nichtlinearitäten gemeinsam berücksichtigt:

 

aber aus der Formel (9.8) kann man die wertvolle Erkenntnis gewinnen, daß das Verhältnis auf der linken Seite der Ungleichung bei Vernachlässigung höherer Ableitungen linear mit dem Faktor wächst und fällt. Daraus kann man eine Rechenvorschrift konstruieren, wie man in wenigen Versuchen eine Dämpfung findet, die möglichst groß ist, aber (9.10) gerade noch erfüllt.

Der Parameter muß

 

erfüllen; je größer ist, umso restriktiver wird gedämpft und umso stabiler ist das NEWTON-Verfahren, aber umso mehr Iterationen sind notwendig.



Martin Stiftinger
Fri Oct 21 18:22:52 MET 1994