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线性系统理论第五章 系统运动稳定性new.ppt

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线性系统理论第五章 系统运动稳定性new

5.4 连续时间线性系统的状态运动稳定性判据 对n维连续时间线性时不变系统和任给实数σ≥0,令矩阵A特征值为λi (A), i=1,2,…,n,则系统所有特征值均位于s平面的直线-σ+jω左半开平面上,即成立Reλi (A)-σ, i=1,2,…,n,的充分必要条件为,对任给一个n×n正定对称矩阵Q ,推广李亚普诺夫方程2σP+ATP+PA=-Q 有唯一正定解阵P。 结论3 [李亚普诺夫判据推广形式] 5.4 连续时间线性系统的状态运动稳定性判据 证 表 ,则由 可知 再由结论5.24知,矩阵 所有特征值均具有负实部的充要条件为,对任一正定对称矩阵Q,李亚普诺夫方程 有唯一正定解阵P。于是,将 代入(5.95),即可导出(5.92)。而由(5.94)知,成立如下等价关系: 从而,当且仅当(5.92)有唯一正定解阵P, ,证明完成。 (5. 95) (5.94) 5.4 连续时间线性系统的状态运动稳定性判据 结论18 [基于状态转移矩阵的判据] 对连续时间线性时变系统,表Φ(t,t0)为系统状态转移矩阵,则系统原点平衡状态xe=0在时刻t0是李亚普诺夫意义下稳定的充分必要条件为,存在依赖于t0的一个实数β(t0)0,使成立: ‖Φ(t,t0)‖≤β(t0)∞, 进一步,当且仅当对所有t0都存在独立实数β0使上式成立,系统原点平衡状态xe=0为李亚普诺夫意义下一致稳定 线性时变系统的稳定性判据 5.4 连续时间线性系统的状态运动稳定性判据 结论19[基于状态转移矩阵的判据] 对连续时间线性时变系统,表Φ(t,t0)为系统状态转移矩阵,则系统唯一平衡状态xe=0在时刻t0是渐近稳定的充分必要条件为,存在依赖于t0的一个实数β(t0)0,使同时成立: ‖Φ(t,t0)‖≤β(t0)∞, 进一步,当且仅当对所有t0∈[0,∞]都存在独立实数β10和β20使成立: 系统原点平衡状态xe=0为一致渐近稳定。 第5章 系统运动的稳定性 5.1 外部稳定性和内部稳定性 5.2 李亚普诺夫意义下运动稳定性的基本概念 5.3 李亚普诺夫第二方法的主要定理 5.4 连续时间线性系统的状态运动稳定性判据 5.5 连续时间线性时不变系统稳定自由运动的 衰减性能估计 5.6 离散时间系统状态运动的稳定性及其判据 5.5 连续时间线性时不变系统稳定自由运动的衰减性能估计 对于线性定常系统,利用李亚普诺夫判据可以对稳定的自由运动趋向原点平衡状态的收敛快慢作出估计。 这种估计不要求计算出自由运动解,为估计自由运动的衰减性能提供了一种间接的方法。 对渐近稳定的连续时间线性时不变自治系统 衰减系数定义为 最小衰减系数 设 则 5.5 连续时间线性时不变系统稳定自由运动的衰减性能估计 第5章 系统运动的稳定性 5.1 外部稳定性和内部稳定性 5.2 李亚普诺夫意义下运动稳定性的基本概念 5.3 李亚普诺夫第二方法的主要定理 5.4 连续时间线性系统的状态运动稳定性判据 5.5 连续时间线性时不变系统稳定自由运动的 衰减性能估计 5.6 离散时间系统状态运动的稳定性及其判据 * 5.6 离散时间系统状态运动的稳定性及其判据 稳定性判据 结论1 [大范围渐近稳定判据] 对离散时间非线性时不变自治系统,若存在一个相对于离散状态x(k)的标量函数V(x(k)),使对任意x(k)∈Rn满足: (ⅰ) V(x(k))为正定; (ⅱ)表△ V(x(k)) =V(x(k+1))-V(x(k)),△V(x(k))为负定 (ⅲ)当‖x(k)‖→∞,有V(x(k)) →∞。 则原点平衡状态即x=0为大范围渐近稳定。 5.6 离散时间系统状态运动的稳定性及其判据 结论2 [大范围渐近稳定判据] 对离散时间非线性时不变系统,若存在一个相对于离散状态x(k)的标量函数V(x(k)),使对任意x(k)∈Rn满足: (ⅰ)V(x(k))为正定; (ⅱ)表△V(x(k))=V(x(k+1))-V(x(k)),△V(x(k))为负半定; (ⅲ)对由任意非零初始状态x(0) ∈Rn确定的所有自由运动x(k)的轨线,△V(x(k))不恒为零; (ⅳ)当‖x(k)‖→∞,有V(x(k)) →∞。 则原点平衡状态即x=0为大范围渐近稳定。 5.6 离散时间系统状态运动的稳定性及其判据 结论3 [特征值判据] 对离散时间线性时不变自治系统,原点平衡状态即xe=0是李亚普诺夫意义下稳定的充分

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