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reviewChapter1MathematicalmodelChapter2TimeresponseChapter3QualitativeanalysisChapter4StabilityofLinearsystemTheoutline4-1Introduction4-2TheStabilityandTheFirstMethod4-3TheSecondMethodLTIS
Controllabilityandobservability–twoimportantqualitativeproperties.Nowintroduceanotherqualitativeproperty—stability.4-1IntroductionTherootsdescribingthedynamiccharacteristicsofthedynamicsystemlocatesinleftpartoftherootplaneStabilityCriterionNyquiststabilitycriterion,Routhstabilitycriterion,etc.
time-varyingsystemsandnonlinearsystemLyapunovstabilityproposedbyRussianmathematicianLyapunovisanimportantmethodtoanalyzethestabilityofsystemLyapunovmethod
thefirstmethodthesecondmethodThefirstmethodThefirstmethodasapproximatemethodistosolvethedifferentialequationsofsystems,andtodeterminethestabilityofthesystemaccordingtothenatureofsolutions。對于非線性系統(tǒng),在工作點(diǎn)附近的一定范圍內(nèi),可以用線性化了的微方程式來近似地加以描述。如果線性化特征方程式的根全都是負(fù)實(shí)數(shù)根,或者是具有負(fù)實(shí)部的復(fù)根,則該系統(tǒng)在工作點(diǎn)附近是穩(wěn)定的,否則是不穩(wěn)定的。
ThesecondmethodThesecondmethodiscalleddirectmethod,andthebasicideaistoanalyazeenergychangesinthestabilityofthesystem.Iftheenergystoredinthemotionprocessgraduallyreduce,thesystemwillbestable;theotherhand,ifthesystemcontinuetoabsorbenergyfromtheoutsideworldthesystemwillnotbeabletostable.Stabilityreferstothemovementofthesysteminequilibriumdisturbed.4-2TheStabilityandtheFirstMethodHomogeneousstateequationThesystemisstableifIfexist
Thenthesystemisstable
--(Euclidian)norm
ThesystemisstableaccordingtoLyapunovmethod
。
Equilibriumstate,ifIfexist
ThensystemisAsymptotically
stable
Asymptoticallystable--(Euclidian)norm。
thestateequation
TheoremForLTIS,thenecessaryandsufficientconditionofstablilityisthattheeigenvaluesofAveIfthecoefficientmatrixAhasapositiverealparteigenvalues,thenthedynamicresponseofthecorrespondingcomponentmustincreasetoinfinity.Asresultthesystemisnotstable.So,arelinearcombinationIfitisJordanmatrix,include。Onlytherealpartsofeigenvaluesarenegative,isthesystemstableNonsingularmartrixP,makeisdiagonalmatrix,Thestateequation:areeigenvalue式中
Lyapunovfirstmethod李亞普諾夫第一方法指出:對于非線性特性不很嚴(yán)重的實(shí)際系統(tǒng),可利用線性化的數(shù)學(xué)模型按線性系統(tǒng)的穩(wěn)定條件去分析它的穩(wěn)定性。1、若線性化系統(tǒng)的系數(shù)矩陣A的特征值全部具有負(fù)實(shí)部,則實(shí)際系統(tǒng)就是漸近穩(wěn)定的。線性化過程中被忽略的高階導(dǎo)數(shù)項(xiàng)對系統(tǒng)的穩(wěn)定性沒有影響(或影響甚微)。2、如果系數(shù)矩陣A中只要有一個實(shí)部為正的特征值,那么實(shí)際系統(tǒng)就是不穩(wěn)定的,與被忽略的高階導(dǎo)數(shù)項(xiàng)無關(guān)。3、如果系數(shù)矩陣A的特征值中,即使只有一個實(shí)部為零,其余的都具有負(fù)實(shí)部,那么實(shí)際系統(tǒng)就不能靠線性化的數(shù)學(xué)模型來判別其穩(wěn)定性。這時,系統(tǒng)的穩(wěn)定與否,與被忽略的高階導(dǎo)數(shù)項(xiàng)有關(guān),必須分析原始的非線性數(shù)學(xué)模型才能決定它的穩(wěn)定性。
設(shè)系統(tǒng)狀態(tài)方程假定系統(tǒng)的平衡狀態(tài),將系統(tǒng)的狀態(tài)方程在平衡的鄰域展成泰勒級數(shù),得4-3TheDirectMethodofLyapunov
Iftheenergystoredinthesystemreducesinworkingprocess,thesystemwillbestable;ontheotherhand,ifthesystemabsorbsenergyfromtheoutsideintheworkingprocesssothatmoreandmoreenergywillbestored,thesystemisnotbeabletobestable.IdeaHereusescalarfunctiontorepresenttheenergy,thenitshouldmeet
representstherateofenergychange
Showsthattheenergyreduceswithtime;when
ShowsthattheenergyincreaseswithtimeiscalledLyapunovfunction。
Lyapunovsecondmethoddeterminesthestabilityofthesystembasedon.Becauseitdirectlyusesenergyfunctionratherthansolvesthedifferentialequationstodeterminethestabilityofsystems.Therefore,itisalsoknownasLyapunovdirectmethod.St侍ab斧il現(xiàn)it白y混Cr乞it際er訪io柿nTheorem
selecttheinitialstateand1.If,systemisstable(ifSystemisasymptoticstabilityinanyinitialstate
);2.If,systemisnotstable;3.If,butitdoesnotidenticallyequaltozeroforever,thesystemisasymptoticallystable;However,ifitidenticallyequaltozero,thenaccordingtothedefinitionofLyapunovstability,thesystemisstablebutnotasymptoticallystableHo乳w酷t(yī)o卸o愿bt滲ai馬nLy其ap檔un叔ovfu喇nc場ti淋onex抗am埋pl撞eso風(fēng)lu倆ti所on:Gi利ve嗽n拍th選e輔st墓at跨e鬼eq棋ua進(jìn)ti樹onSupposeaenergyfunction
,thesystemisstableex斜am撲pl否eso莊lu昂ti本on:Th遞e義se蓬co討nd癢m蓮et尋ho獎d完is臟a費(fèi)n聚ec諸es認(rèn)sa案ry役c楊on稈di浮ti旅on糞b竟ut努n歡ot咱s拐uf帽fi挨ci蠶en搖t乳co鈴nd相it惕io剃nGiventhesystemst鋒ab竄le轎?Theenergyfunctionispositivedefinite
It瞇i咬s壩n耕ot堆d葛ef陡in涂it考e,so四w塘e陜ca吉nn殼ot睬k烘no社w轎th療e墻st斷ab廊il雪it鹿y奏.子Bu童t良we抵c壤an撒f默in兇d鵲an會ot脊he現(xiàn)r醫(yī)fu題nc摘ti摟on莊.,thesystemisstableWe波c悉ho掩os期e劍po還si伯ti家ve孟d崇ef令in伍it數(shù)e惰fu始nc采ti查onso
then
Onlyif,even,isnotidenticallyequaltozero。Then,basedonstabilitycriterion(3),wecandeterminethesystemisasymptoticallystable.We算c狂ho辨os誰eLy隸ap像un采ovse襲co遙nd浴m悄et丟ho寺d菜is舉a仔n厲ef貞fe漁ct帆iv肅e絕wa龜y挪to鎮(zhèn)a毛na削ly稿ze迅t孟he逃s爸ta慮bi春li銷ty蘿o嫌f沈li匯ne幼ar股s穿ys攀te看ms令n矩ot緊o浮nl畏y股fo畢r辛li早ne求ar稅t善im添e-廊in醬va個ri雹an床t逃sy輕st帆em畝s,架b授ut愁a絮ls并o森fo毛r翁ti續(xù)me跟-v撈ar落yi果ng豎l城in答ea骨r銷sy汪st劫em殲s敗an臭d籃di撐sc各re享te令-t困im司e午sy總st棗em箏s.遮T誓hi堤s拿se約ct昌io里n彎wi盼ll腐f住oc篇us金o孟n振th訂e雅li戚ne妄ar蜻t升im諷e-刊in嫁va滔ri久an昏t翠sy斧st酒em富s片an城d津li濟(jì)ne迷ar分t藍(lán)im哭e-貌in激va盤ri腹an探t犁di戴sc紫re額te美s設(shè)ys擔(dān)te述ms頃a衫na葬ly剪si編s.P詞isre搬al驅(qū)s攤ym刑me補(bǔ)tr壯ic值p至os航it桿iv鈴e宴de禍fi促ni洽te課m套at佩ri翅xGi值ve繩n役th肌e間sy擦st街emAs拍su隙mi躺ng甜t手he鍋s加el界ec蟻te翅dLy擺ap秤un拐ovfu抽nc龜ti森on偏a財s逃fl鄰ow涉in潑g,際t怒h(huán)e職re請a嶄rest功ab泉il鍛it茄y登an訴al旁ys遲is嗽o潤f銷li母ne溜ar拒t特im震e-花in贈va刊ri侵an暈t類sy樹st誘em迫sP換isre霉al換s脂ym炭me論tr愧ic思p汁os的it償iv針e抵de廟fi暈ni遇te婚m協(xié)at重ri倘xIf昆y惹ou勇c哨an何f身in哲d搶th桌e膠p速os刻it鎖iv瀉e勇de欄fi懶ni辱te獻(xiàn)m別at脊ri落ce煎s爺P焰an貍d午Q,督t爪he鼻n判th寄e圖sy鄭st北em早i生s暫as督y(tǒng)m樸pt貸ot宣ic把a(bǔ)l肚ly才s慈ta計(jì)bl各e示.。--Ly賠ap江un灰ovEq瞇ua蠢ti可onTheorem
Giventhesystemthenecessaryandsufficientconditionofasymptoticstability:GivenapositivedefinitesymmetricmatrixQ,thereisapositivedefinitesymmetricmatrixPtomeettheLyapunovequation.Andexistex忙am異pl津eso搖lu慣ti瘡on:In貍ve榨st述ig碼at貍e衛(wèi)th家e垮st劣ab辨il蔥it駛y沃of臨t磚he每g刷iv平en陰s伙ys禽te澤mMake
Q=I
P源is歐p抗os泊it誤iv栽e錘de明fi阿ni上te仁a彼nd坑,斷th精er叼ef道or版e,虧t株he暖g失iv送en斃s抄ys雪te財m卸is朝a繡sy段mp客to底ti歪ca確ll與y似st志ab杰le摸.ex鏡am汗pl宣eso歇lu勵ti潔on:MakeQ=I,In淡ve彼st真ig客at特e綢th亮e合st帶ab恨il岸it偷y畜of裁t出he顧g閘iv都en西s磁ys蟻te黨mGi暈ve促t嶼he部s繭ta扒te暮e落qu移at筑io困nP無is尊n煙eg螺at旺iv便e攝de約fi磁ni辭te饑a叼nd亭,躲th復(fù)er濱ef自or沾e,披t榆he低g越iv向en裝s罵ys些te培m旨is搞n鍵ot隸a告sy飽mp寬to卻ti漫ca避ll早y挎st餓ab續(xù)le痕.st型ab臘il號it肥y標(biāo)an陜al陳ys態(tài)is攪o嫌fli付ne械ar判t隨im貧e-剃in碌va開ri邁an街t緩di僑sc務(wù)re撕te弄s揉ys店te樓msLy博ap僻un松ovEq堂ua炕ti粒on稍:Th倡e縫ne呆ce名ss曾ar畫y男an鈴d集su疲ff催ic詳ie融nt的c余on泡di魔ti獨(dú)on廊o猶f幅as抓ym慈pt璃ot初ic倡s藏ta辟bi榮li占ty修i左n法ba隊(duì)la尿nc松e辣:饒gi輸ve末n竿an纖y盈po主si洋ti急ve素d衣ef桌in頭it你e響he滾rm尼it拼m炕at夕ri莖x蛾Q,扯t具h(yuǎn)e畫re偉i剪s劣a傲po尸si境ti舊ve膜d顯ef貼in效it懇e欺ma鴨tr害ix遇P貨,葵sopr彈ov褲eAc炭co景rd段in紛g蹤蝶toLy聽ap映un秀ovst蜂ab咐il王it集y廉th匪eo洽re敵m,依r盼eq搶ui壁reWe墨c機(jī)ho蒼os賤eLy攏ap侍un胸ovfu獅nc婚ti掃onQis腫p別os各it唯iv把e御de機(jī)fi康ni簡te。We橡c宮an砍g比etth曠e虜n逝ec隙es小sa怖ry逗a饅nd雅s享uf兼fi纏ci慎en刑t告co永nd荷it偉io早n繡of幅a棋sy壟mp薦to嫩ti冷c印st葬ab乖il腦it貪y如果沿任一解的序列不恒等于零,則矩陣Q也可取為正半定。Pl滑ea賊se趴g掃iv波eth鵝e熟n甘ec臟es握sa趙ry愉a舒nd齒s淋uf就fi干ci成en喚t師co斬nd美it票io驚nof車a堵sy旅mp井to嫁ti拘c貌st棟ab窄il樸it桂yex合am碰pl熔eso押lu蠻ti姨on:Q=I
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