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第四章稳定性要点
二次型定号性的判别方法 二次型定号性的判别方法 二次型定号性的判别方法 矩阵P定号性的判别方法二 例3:试判断下列线性系统平衡状态的稳定性。 解:由于 设 则 故系统是李雅普诺夫意义下的稳定。 例4:试判断下列线性系统平衡状态的稳定性。 解: 设 则 可见 与 无关,故非零状态 (如 )有 ,而对其余任意 状态有 故 正半定。 例:机械位移系统 选 系统能量 能量随时间变化率 能量不断衰减 运动会停止吗? 例:机械位移系统 系统能量 能量随时间变化率 能量不断衰减 渐近稳定! 李雅普诺夫第二法的基本思想 求出系统的能量函数(李雅普诺夫函数) ——标量函数。 求出能量随时间变化率 依据系统的状态方程考察能量函数在运动过程 中的变换规律。 利用 和 的符号特征,判断平衡状 态稳定性。 一、标量函数 定号性 在零平衡状态 的邻域内 正定 负定 一、标量函数 定号性 在零平衡状态 的邻域内 正半定 负半定 不定 例: 已知 ,确定标量函数的定号性。 解: 正定 解: 正半定 解: 解: 负半定 不定 二、二次型 定号性 二次型:各项均为自变量的二次单项式的标量函数 P为实对称矩阵 例: 二次型 正定 矩阵P正定 P的各阶顺序主子式0 二次型 负定 矩阵P负定 P的各阶顺序主子式负正相间 二次型 正半定 矩阵P正半定 P的各阶顺序主子式 二次型 负半定 矩阵P负半定 P的各阶顺序主子式负正相间,或等于零 矩阵P正定 矩阵P负定 矩阵P正半定 矩阵P负半定 例: 确定下列二次型的定号性。 解: 判别方法一 正定 P的各阶顺序主子式0 例: 确定下列二次型的定号性。 解: 判别方法二 矩阵P的特征值的符号有正有负,即符号不定 不定 例: 确定下列二次型为正定时,待定常数的取值范围。 解: (1) 正定 (2) 负定 (3) 则系统原点平衡状态为大范围(一致)渐近稳定。 (线性/非线性)定常系统: ,其 中 ,如果存在具有连续一阶偏导数的标量函 数 ,在 时满足: 定理1 三、李雅普诺夫第二法主要定理 (1) 正定 (2) 负半定 则系统原点平衡状态为大范围(一致)渐近稳定。 (线性/非线性)定常系统: ,其 中 ,如果存在具有连续一阶偏导数的标量函 数 ,在 时满足: (4) (3) 定理2 (1) 正定 (2) 负半定 (3) 则系统原点平衡状态为李雅普诺夫意义下的稳定。 (线性/非线性)定常系统: ,其 中 ,如果存在具有连续一阶偏导数的标量函 数 ,在 时满足: (4) 系统保持稳定的等幅振 荡,非渐近稳定! 能量不变! 定理3 例:机械位移系统 选 状态方程 系统能量 正定 例:机械位移系统 系统能量 正定 正定 负半定 但不恒等于0 能量不断衰减 渐近稳定 例:机械位移系统 系统能量 正定 恒等于0 能量不变 李雅普诺夫意义下的稳定 选 状态方程 则系统原点平衡状态不稳定。 定理4 时变系统 定常系统: 如果存在具有连续一阶偏导数的标量函数 其中, 且满足: (1) (2) 注 意 如果存在具有连续一阶偏导数的标量函数 上述定理是系统平衡状态稳定的充分条件。如 果不满足定理,系统零平衡状态不一定不稳定!应 该重新选取李雅普诺夫函数进行分析。 仅有数学方程,没有物理意义的系统 求出能量随时间变化率 。 依
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