Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

86

.pdf
Скачиваний:
1
Добавлен:
07.06.2023
Размер:
8.14 Mб
Скачать

Chapter II. Absolute stability and Aizerman’s problem of multidimensional regulated systems

where

 

 

0

 

0

 

N /2

 

 

N

 

N

 

N

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21

 

 

 

 

 

 

21

 

 

22

11

 

23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P =

 

0

 

0

 

N

22

/2

,

P =

 

N

21

N

22

N

N

23

,

1

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

12

 

 

 

 

N /2

N

 

/2

N

 

 

 

 

 

N

 

 

N

 

 

N

N

 

 

 

 

22

23

 

 

 

21

22

23

 

 

21

 

 

 

 

 

 

 

13

 

 

 

 

N

 

N

N

N

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11

12

11

13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11

 

 

2

 

2

 

 

 

N11

 

 

 

 

N21

 

 

N

 

N

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

11

12

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P =

 

 

 

 

 

N

 

 

,

N

=

 

N

,

N

 

=

 

N .

3

 

 

2

 

 

12

 

2

 

1

 

 

12

 

 

2

 

 

22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

N

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11

N

13

 

 

 

 

N13

 

 

 

 

N23

 

 

 

 

 

12

13

N13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Then the improper integral (v. (2.28)):

I

5

= I

1

 

 

 

 

where matrices

I

3

=

 

 

R1,

I

I

11

12

, W

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

=

 

[ y

*

(t)R y

 

*

*

(t)W y(t)]dt =

3

 

 

(t) y

(t) y(t) y

 

 

 

 

 

 

1

 

 

1

1

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

( )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i ( i ) 1i d i

< ,

 

 

i=1

(0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

are equal:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

 

N /2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

11

 

 

 

11

2

 

 

2

 

12

 

21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R =

 

 

 

P =

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

/2

 

 

 

 

 

2

2

 

 

 

 

 

 

 

,

1

11

 

21

1

 

11

 

 

 

12

 

 

2

 

12

 

 

 

 

22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

21

 

 

 

 

 

N

22

 

 

 

N23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

22

P =

1

12

 

2

11( 1 1 ) 2 12 N21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 11

2 12 N21

 

 

 

 

 

(

 

 

)

 

N

 

 

11

1

12

21

 

 

1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W1

 

 

1 11 2 12 N11

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

N11 N12

 

=

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

2

 

 

 

 

 

11

2

12

 

 

 

 

 

 

1 11

N11 N13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 11 ( 2 2 ) 12 N22

 

 

 

N11 N23

 

 

2 12 N22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N12 N23

,

 

 

 

11

 

12

(

2

 

2

) N

22

 

N N

23

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13

 

 

 

 

= 13 23 P3 =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

N N

 

 

 

 

 

 

 

 

N

11

N

 

 

 

 

2 12

 

 

11

12

1 11

 

 

 

 

 

13

 

 

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

N12 N13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

2

12

 

12

 

 

 

 

 

11

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

1 11

N12 N13

 

 

 

1 11 2 12 N13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

101

Lectures on the stability of the solution of an equation with differential inclusions

Here

D = SK

1

 

 

11

,

 

12

,

 

 

 

 

=1 1 1

2 2 2

N

11

,

N

12

,

N

13

,

N

21

,

N

22

,

N

23

are arbitrary parameters, matrix

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

is a feedback matrix. If the equalities are satisfied

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11

(

2

 

2

)

12

N

22

=

11

 

12

N

21

1

 

 

 

 

1

2

 

11( 1 1 ) 2 12 N21 = N11 N23,

1 11 12 ( 2 2 ) N22 = N12 N23 ,

(2.42)

then matrix

=

.

 

*

 

1

1

 

Now from (2.28) when performing equalities (2.42), we have

 

2

 

( )

i

 

I 5

=

 

*

 

 

 

 

 

*

(t)W y(t)]dt =

 

 

 

 

(

)

 

d

 

 

[ y

(t)R y(t) y

 

 

 

1i

i

 

 

 

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

i

i

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i=1

(0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

*

(t) y(t)

dt < .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2.43)

due to the fact that

| y( ) | c

< ,

| y(0) | c

< .

Matrix

R = R

*

0,

when

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

11

 

 

 

 

11

2

 

2

 

12

 

 

 

 

=

 

0,

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,

 

| R

| 0.

1

1

11

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11

2

 

2

 

12

 

 

 

2

12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2.44)

Consequently, when performing inequalities (2.44) from (2.43) it follows that the improper integral

 

 

 

 

 

 

I

 

=

 

*

(t)W y(t)dt < .

50

 

y

 

 

 

1

 

 

 

0

 

 

(2.45)

W1

[0,

If arbitrary parameters and elements of the feedback matrix

D selected so that

*

then all conditions of theorem 6 are satisfied. Consequently, in the sector

= W1 > 0,

 

 

0 = diag( 01, 02 ), = diag( 1, 2 ), 1 > 0, 2 > 0

 

0 ],

are arbitrarily small

numbers, Iserman’s problem has a solution. The limit values 01, 02 are denoted from the condition of Hurwitz of the matrix A B 0 D.

For positive definiteness of the matrix W1 = W * > 0 it is necessary and sufficient that the following inequalities are performed:

102

Chapter II. Absolute stability and Aizerman’s problem of multidimensional regulated systems

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

NN

 

 

 

11

1111

 

 

22

1212

 

1111

 

 

 

 

 

 

 

 

 

NN

N

 

11

 

 

 

1111

1212

 

 

 

 

 

 

 

 

22

 

22

1212

 

 

 

22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11

 

12

N

 

> 0,

 

 

2

 

 

11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

11

 

1111

 

 

 

22

 

 

22

1212

 

 

 

22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

 

 

 

 

22

1212

 

1212

N 1212

0,

|

|W 11

|| 0.0.

(2.46)

The characteristic polynomial of the matrix

A B

D

0

 

is equal to

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

01

 

 

 

1

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

01

 

 

 

 

1

 

 

 

01

 

 

2

( ) =| I

3

A B

D |=

 

1

2

 

1

02

 

2

1

 

2

=

 

 

0

 

 

 

02

 

 

 

 

 

 

02

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

1

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

3

2

 

a

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= a

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

1

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

where

a2 = 3 01 1 02 2 , a1 = 3 01(2 1 1 1) 02 (2 2 2 )

01 02 ( 1 2 1 2 ), a0 = 2 01 1 02 ( 2 2 ) 01 02 ( 1 2

1 2 2 1 2 1 1 2 ).

For Hurwitz of the matrix

A B 0 D

 

necessary and sufficient condition is perfor-

mance of inequalities

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a0

> 0,

a1

> 0,

a2 > 0, a2a1 a0

> 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2.47)

Limit values

01, 02

 

are denoted from equalities

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

= a

(

01

,

02

) = 2

 

 

02

(

2

 

2

)

01

 

02

(

2

 

2

 

1

 

1

a

2

) = 0,

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

01

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

1

 

 

 

2

 

 

2

 

1

 

 

a = a (

01

,

02

) = 3

01

(2

1

)

02

(2

2

 

2

)

01

 

02

(

2

 

2

) = 0,

 

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a2 = a2 ( 01, 02 ) = 3 01 1 02 2 = 0,

a2 ( 01, 02 )a1( 01, 02 ) a0 ( 01, 02 ) = 0.

From the above results it follows:

1. For absolute stability of equilibrium state of the system (2.41) with limited nonlinearities it is necessary and sufficient that equalities (2.42), and inequalities (2.44), (2.46), (2.47) are fulfilled. (The total number of conditions is 13, and the total number

of parameters selected is 15).

 

11

,

 

 

 

12

,

 

 

N

11

,

 

 

N

12

,

 

 

N

13

,

 

 

N

21

,

 

 

N22,

N

23

,

 

 

1,

 

,

1

 

 

1

,

 

 

 

,

2

 

 

,

2

 

2 to be

2.The effectiveness of the proposed method follows from the necessary and sufficient condition of absolute stability (2.42), (2.44), (2.45), (2.46), (2.47).

3.Constructiveness of the proposed method consists in that based on the necessary and sufficient condition of absolute stability you can select a region of absolute

103

Lectures on the stability of the solution of an equation with differential inclusions

stability in space of constructive parameters of the system

( A, B, S,

).

0

 

As follows

from [5, 6] by using the known methods it is not possible to select the area of absolute stability in space of constructive parameters for multidimensional regulated systems.

Absolute stability. Now consider equation (2.41) with given

 

1

= x ,

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1

 

0

0

Using transformation

A = KAK 1,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D = SK 1,

 

 

 

 

 

 

B = KB,

 

where matrix S =

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

1

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

= y

 

y

3

(

1

),

y

2

= y

 

y

2

 

y

3

 

 

(

2

),

 

y

= y

y

2

y

,

 

 

 

1

1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

3

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

= y

 

,

 

2

= y

,

( )

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

0

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

1

 

0

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

where matrix S = (S1, S 2 ) =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

S1

 

=

 

 

 

 

 

 

 

,

 

S 2 =

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

1

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

For this example improper integral

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

=

*

( (t)) (t)dt =

 

[ y

*

(t) y

(t) y

*

(t)

 

 

y(t) y

*

(t)

 

y(t)]dt =

 

 

 

 

 

2

 

3

1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

( )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

i ( i ) 1i d i ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i=1

(0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

where

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

0

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

11

 

 

12

 

 

0

 

 

 

 

 

 

0

 

 

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

0

 

 

1

 

0

,

 

 

2

=

 

 

 

0

 

 

 

12

 

0

 

,

 

3

=

 

0

 

 

0

0 .

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

0

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11

 

 

12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= x1 x2 ,

we get

(2.48)

Improper integral

 

 

 

I

 

=

 

 

 

 

( (t))

 

 

 

 

( (t))

 

( (t)) (t)]dt =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

[ y

*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

(t)

 

 

 

 

 

 

 

*

(t)

 

y(t)]dt 0,

 

 

 

 

 

 

 

 

(t) y(t) y

 

2

y(t) y

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

where

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

0

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

2 1

 

 

 

 

2 1

 

0

 

 

 

 

21

01

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21

01

 

 

21

 

 

 

 

21

02

 

 

 

 

= 0

 

 

 

 

22

1

0

,

 

 

2

=

 

 

 

 

0

 

 

 

 

2

22

 

1

 

22

0 ,

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

02

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

02

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

0

 

0

 

 

 

 

 

 

2 1

 

 

2

22

1

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21

01

 

 

 

 

 

 

 

02

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

22

 

 

 

1

 

 

21

 

 

1

 

 

 

 

 

 

21 01

 

22 02

 

 

 

 

22 02

 

 

 

 

 

 

21 01

 

 

22

02

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

3

=

 

 

22 02

 

2

 

 

 

 

 

22 02

22

 

 

 

 

22 02

 

2

 

 

,

 

 

 

 

 

1

 

21

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

1

 

22

 

 

 

 

1

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

21 01

 

2

22 02

 

 

22 02

 

2

 

 

 

 

21 01

 

22 02

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

104

Chapter II. Absolute stability and Aizerman’s problem of multidimensional regulated systems

Improper integral

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

=

[ y

*

 

*

 

*

P y]dt = 0,

 

 

 

 

 

 

3

 

 

P y y

P y y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

where matrices

 

1, P2 , P3

are defined by formulas shown above.

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Improper integral

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

= I

I

 

I

 

 

=

[ y

*

 

 

 

*

 

 

*

(t)W y(t)]dt

4

2

3

 

 

(t)R y(t) y

(t) y(t) y

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

0

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

( )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i ( i ) 1i d i

< ,

1

= diag ( 11, 12 ),

2 = diag ( 21, 22 ) > 0.

i=1

(0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

where

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

1

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

N /2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21

01

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

=

 

 

 

 

0

 

 

 

1

 

 

 

 

1

 

N

 

 

 

/2

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

22

02

 

22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

/2

 

 

 

N

 

 

 

/2

 

 

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21

 

 

 

22

 

 

 

 

23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

N

N

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

11

 

 

21

 

 

 

21

 

01

 

 

 

 

21

 

 

 

 

 

12

 

 

 

22

 

02

 

 

 

11

 

23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

2

 

 

 

 

1

 

 

N

N

 

,

 

 

 

 

21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

22

22

02

22

23

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

 

 

 

 

 

N

 

2

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

1

 

 

N

N

 

 

 

11

21

 

01

 

 

 

 

 

 

 

12

22

02

 

 

 

23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11

12

 

 

 

 

1

 

22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11

 

 

 

21

 

01

 

 

 

22

 

 

02

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

22

 

02

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W =

 

 

 

N

11

N

12

 

 

1

 

 

22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

22

22

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

02

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

02

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N13

 

 

 

 

 

1

 

 

21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

22 02

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13

 

 

 

 

 

12

 

22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

21 01

 

2

 

 

22

02

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

11

N

13

 

 

 

 

 

 

1

 

 

21

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

21

 

 

01

 

 

 

 

2

 

 

 

 

22

 

 

02

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N13 N12

 

 

 

 

 

1

 

22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

22

02

 

2

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13

 

 

 

 

21

 

 

01

 

 

 

 

22

 

 

02

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

If the equalities are satisfied

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

=

 

2

 

 

 

1

,

 

N

 

 

2

 

 

 

1

 

= N

 

 

N

 

 

,

 

 

 

 

 

2

 

 

 

1

= N

 

N

 

,

21

12

22

02

11

21

21

01

 

 

 

 

23

 

12

 

22

02

12

23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

then the matrix

0

 

*

,

improper integral

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

1

( )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I 4 = [ y* (t)R0 y(t) y* (t)W0 y(t)]dt

 

i ( i ) 1i d i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i=1

(0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d 1

0 dt [ 2 y* (t) 0 y(t)]dt < .

(2.49)

105

Lectures on the stability of the solution of an equation with differential inclusions

 

 

*

0

when inequalities are satisfied

 

 

 

 

 

 

 

 

Matrix R0 = R0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

1

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

1

0,

 

 

 

 

 

 

 

0,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21

 

01

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21

 

01

 

 

 

 

0

 

 

 

1

 

 

1

 

 

 

 

(2.50)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

22

02

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

2

 

 

 

 

 

 

 

 

N

2

 

 

 

| R |= ( 1

 

1 )( 1

 

1 )N

 

 

21

( 1

 

 

1 )

22 ( 1

 

 

1 ) 0.

21

22

23

 

 

22

 

 

21

0

01

 

 

 

 

02

 

 

4

 

 

 

02

 

 

 

4

 

01

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

When equalities (2.49) and inequalities (2.50) are satisfied, the improper integral

Matrices

W

= W

*

> 0

 

0

0

 

 

 

 

 

 

 

I

 

=

 

*

(t)W y(t)]dt < .

40

[ y

 

 

 

 

0

 

 

 

0

 

 

then and only then

(2.51)

N

 

 

 

1

 

 

 

1

> 0,

21

01

22

02

11

 

 

 

 

 

N

 

 

 

1

 

 

 

1

N

N

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

21

22

11

 

12

22

 

22

 

 

 

11

 

01

 

 

02

 

2

 

 

02

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

| W

N

N

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11

 

12

 

22

 

 

22

N

 

 

22

 

22

> 0

 

 

 

2

 

 

 

02

 

 

 

2

12

 

02

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

|>

0

.

(2.52)

The characteristic polynomial of the matrix A B 0 D is equal to

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

01

 

0

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

( ) =| I

3

A B

0

D0 |=

 

1

 

 

1

02

1

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

1

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

= b

b b ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

1

 

0

 

 

 

 

 

where b2 = 3 01

02 ,

b2 = 3 2 01 2 02 01 02 ,

b0

= 2 01 02.

It is easy to prove

that matrix A B

D is a Hurwitz matrix.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Thus, when conditions (2.49), (2.50), (2.52) are satisfied, from evaluation (2.51) it

follows that

lim y(t) = 0

(v. proof of Theorem 5).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

So, the following statements are true:

1. For absolute stability of equilibrium state of multidimensional regulated systems with limited nonlinearities it is sufficient that equality (2.49), and inequalities (2.50), (2.52) are satisfied. (The total number of conditions is 9, and the total number of

parameters 11, 12, 22 > 0, 21 > 0, N11, N12 , N13 , N21, N22, N23 to be selected is 10).

2. Constructiveness of the proposed method is that based on relations (2.49), (2.50), (2.52) we can find the area of absolute stability in space of constructive parameters of the system which is essential for application problems.

106

Chapter II. Absolute stability and Aizerman’s problem of multidimensional regulated systems

3. The effectiveness of the proposed method follows from using properties of the

improper integral

I

3

.

Notice, that in the absence of the improper integral

I3

the total

 

 

number of selected parameters is 4, conditions is 10.

 

11

,

 

 

 

12

,

 

 

 

22

> 0,

 

 

 

21

> 0,

 

 

and the number of

Lecture 18.

Absolute stability and Iserman’s problem of multidimensional systems in a simple critical case. Problem statement. Nonsingular transformation

Problem statement. Equations of motion of multidimensional regulated systems in a simple critical case have a form:

x = Ax B ( ),

= ( ),

= Dx E ,

x(0) = x

,

(0) =

,

t I = [0, ),

0

 

0

 

 

(2.53)

where

A,

B,

,

D,

E

are constant matrices of orders

n n,

n m,

m m,

m n,

m m , respectively,

A

is a Hurwitz matrix, i.e.

 

eigenvalues of the matrix

A.

Function

 

 

 

Re

( A) < 0,

j

 

j = 1, n,

 

( A)

j

 

are

( )

 

= { ( ) = ( ( ),...,

 

 

( )) C(R

m

, R

m

) | ( ) =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

1

1

 

 

m

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

i

0

(

)

 

 

2

,

( ) = (

 

(

 

),...,

 

(

 

 

)),

 

(0) = 0,

i

i

 

 

m

m

 

i

i

 

 

0i

 

 

 

 

1

 

1

 

)R

 

,

 

 

 

 

 

< },

 

 

 

 

 

 

 

, = (

,...,

 

 

m

 

0 <

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

 

i

 

(

)

i

i

i

 

| ( ) |

,

*

 

(2.54)

where = diag ( 1,..., m ) > 0,

i

> 0,

i = 1, m

are arbitrarily small numbers.

Notice, that

 

 

 

 

 

( ) = { ( ) C(R

m

, R

m

) | 0

( )

2

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i = 1, m,

,

1

 

,

( ) = 0,

 

i

 

i

i

0i

 

i

 

R

m

| ( ) |

,

0 <

 

< }.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

 

*

 

 

 

(2.55)

Practical systems of automatic control relate to the systems with limited resources and for such systems function ( ) satisfies the conditions (2.54), (2.55).

As follows from inclusions (2.54), (2.55) equations of motion (2.53) can be represented as

 

 

 

 

 

 

 

 

z = A1z B1 ( ),

= S1z,

z(0) = z0 , | z0 |< , t I, ( ) 1,

(2.56)

where A1, B1, S1 matrices of orders (n m) (n m),

(n m) m,

m (n m) , respecti-

vely:

 

 

 

 

 

 

107

Lectures on the stability of the solution of an equation with differential inclusions

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

A B D

 

B E

= A ( ),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z =

 

,

A =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

D

 

E

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B =

B

 

S = D,

 

 

E .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The equilibrium states of the system (2.53), (2.54) are determined from solutions

of algebraic equations

A z

B (

*

) = 0,

*

= S z

.

If the matrix

 

A = A ( ) is a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 *

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

*

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

1

 

Hurwitz matrix, the function ( ) 1 turns to zero only when

= 0,

then the system

(2.53),

(2.54)

has

the

only

 

equilibrium state

 

z

 

= (x , ) = 0.

Consequently

x = 0,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

 

*

 

*

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

= 0, where

 

*

=

0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Notice, that trivial solutions

x(t) 0,

(t) 0,

 

t I

(2.53), (2.54) correspond to the

equilibrium state. We study the stability of generally unperturbed movement

x(t) 0,

 

(t) 0,

t I

in the system (2.53), (2.54) for all

 

( ) 0 (or

z(t) 0,

t

I , ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( ) 1 ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

We assume with a sufficiently small neighborhood of the point

= 0,

function

 

 

 

 

 

 

 

 

( ) can be approximated by the linear function

( ) = ,

where = diag ( 1,..., m ).

Consequently, when | |< ,

 

> 0

 

is a sufficiently small number, perturbed motion

equation (2.56) can be written as:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z = A1z B1 S1z = A1( )z,

z(0) = z0 ,

| z0

|< ,

t I,

 

 

 

 

 

(2.57)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

where

A ( ) = A B S ,

<

0

,

 

 

0

= diag(

01

,...,

 

0m

)

is a limit diagonal matrix

 

 

 

 

 

 

1

 

 

1

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

determined by

 

Hurwitz

of

 

the

matrix

A1( ).

 

If

the

matrix

 

A1( ) = A1( ) B1 S,

 

0 is a Hurwitz matrix, then there is a number

1

 

> 0 such as

| x(t) |< 1 when

| z

0

|<

1

moreover

lim z(t) = 0. Thus, when the matrix

A ( ),

 

0

<

0

 

is a Hur-

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

witz matrix, trivial solution

z(t) 0,

 

t I , (x(t) 0,

 

(t) 0,

t I )

of the system (2.57)

is asymmetrically stable by Lyapunov when t .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Definition

 

4.

The

trivial solution

 

x(t) 0,

 

(t) 0,

 

t I

of the

 

system

(2.53),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2.54) is called absolutely stable if matrices A1 = A1( ), are Hurwitz matrices (asymptotic stability by Lyapunov

( ) 1

the solution of the differential equation

A1( ), when (2.56)

t

0

.);

has the

,

 

0

>

0

 

 

 

2) for all property

lim z(t;0, z0 , ) =

t

 

 

0 ,

| x0 |< ,

|

0,

0

|<

 

| z

0

|<

(or

lim

x(t;0, x , ) = 0,

lim

(t;0, x

,

, ) = 0,

,

 

 

 

0

0

0

 

 

 

 

 

 

t

 

t

 

 

 

 

).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Definition 5. Conditions of absolute stability of the system (2.53), (2.54) are

called ratios, binding constructive parameters of the system ( A,

B, ,

D, E, 0 ),

0 = diag ( 01,..., 0m ), under whichthe equilibrium state ( x* = 0,

* = 0)

is absolutely

stable.

 

 

108

Chapter II. Absolute stability and Aizerman’s problem of multidimensional regulated systems

 

 

Problem 5. Find the condition of absolute stability of the equilibrium state of the

system (2.53), (2.54).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Function

(t) = S1z(t),

t I is a control formed by the principle of feedback, and

the matrix

S

 

of order

m (m n)

is called a feedback matrix. Iserman’s problem con-

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sists in choosing a feedback matrix

S

,

 

 

so that from asymptotic stability of the trivial

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

solution

z(t) 0,

t

I

 

of the linear system

(2.57) for any ,

0 ,

0 = 0 2

 

 

 

 

 

there follows absolute stability of the trivial solution

x(t) 0,

(t) 0,

t I

of the sys-

tem (2.53), (2.54), where

 

0

= diag(

0

,...,

0m

) is a limit diagonal matrix of Hurwitz of

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

the matrix

A1

( ),

 

2 > 0

is a diagonal matrix of order m m with arbitrarily small

positive elements.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Definition 6. We assume that in the sector [ ,

0

] Iserman’s problem has a solu-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tion, if: 1) there exists matrix S1 of order

 

m (m n)

such as

0 = 0

2

; 2) for any

( ) = ,

0

 

 

0

2

solution of the system (2.56) is asymptotically stable; 3) for

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

any ( ) 1

trivial solution of the system (2.53), (2.54), (2.55) is absolutely stable.

 

 

Problem 6. Find the sector [ ,

=

0

2 ], where Iserman’s problem has a solution.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Note that Iserman’s problem does not always have a solution. The problem con-

sists of finding such a feedback matrix

 

S

 

of order

m (m n),

for that in the sector

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[ , 0 ], where 0 = 0 2

Iserman’s problem had a solution. Sector

[ ,

0

],

0 = 0 2

 

 

 

means that

[ i , 0i ],

0i

= 0i 2i ,

where

 

= diag ( 1,..., m ),

0

= diag ( 01,..., 0m ),

 

0

= diag(

01

,...,

0m

),

 

2

= diag(

21

,...,

2m

),

> 0, 2 > 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nonsingular transformation. For ease of verification of the proposed condition of absolute stability it is advisable to convert the original equation (2.56). Let the

matrix B1 =|| b1,...,bm ||,

where bi ,

i =

 

are column vectors (m n) 1.

 

1, m

 

Lemma 7. Let the vectors i

R

n m

, i = 1, m such that:

 

 

 

 

*

*

= 0, i = 1, m, i j,

 

 

i bi = 1,

i bj

(2.58)

where bi bj , i j,

(*)

is a transpose sign. Then along the solution of the system

(2.56) the following identities hold

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*z(t) = * A z(t)

(

(t)), t I = [0, ), i = 1, m.

 

(2.59)

i

 

 

 

i 1

 

 

i

i

 

 

 

 

 

 

 

If in addition rank

B

*

= m

and Gram determinant is the following

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

< 1, 1 >

 

< 1, 2 >

...

< 1, m >

 

 

( 1,..., m ) =

 

...

 

 

 

...

...

...

 

0,

(2.60)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

< m , 1 >

 

< m , 2 >

...

< m , m >

 

 

109

Lectures on the stability of the solution of an equation with differential inclusions

then vectors i ,

i = 1, m

scalar product of vectors

exist and they are linearly independent, where

 

,

 

j

,

i, j = 1, m.

i

 

 

 

 

 

,

j

 

i

 

 

is a

left

Proof. As

z(t) = A1z(t

 

*

= (

 

,...,

 

),

i = 1, m, then by multiplying the identity on the

i

i1

im n

 

 

 

 

) B1 i ( i (t)),

t I

*

 

on i

we have

i*z(t) = i* A1z(t) i*B1 i ( i (t)), t I, i = 1, m,

where i* that ratio

 

*

B = (

b ,...,

1

i

1

(2.58) can be

*

Hence taking into account (2.58), we get (2.59). Notice,

i bm ).

written as

 

 

 

b

 

 

i2

b

 

 

...

 

b

 

 

= 0,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i1 11

 

 

 

12

 

 

 

 

in m

1n m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

........

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i1bi1

i2bi2 ... in mbin m = 1,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

........

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

b

 

 

 

...

 

b

 

= 0, i =1, m,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i1 m1

 

 

i2

m2

 

 

 

 

 

 

 

in m

mn m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

=

 

 

k 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, k = 1, m.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kn m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

= m then this system of equations has a solution

i ,

 

 

 

 

From the

If rank B1

 

i = 1, m.

condition (2.60) it follows that vectors

 

i ,

 

i = 1, m

are linearly independent. The lem-

ma is proved.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,...,

 

 

 

 

 

 

 

n m

 

 

 

*

 

 

 

 

 

 

Lemma 8. Let the vectors

01

0n

 

from

R

such that

 

 

b = 0,

i = 1, m,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0k

 

i

 

 

 

k = 1, n

, i j. Then along the solution of the system (2.56) the

identities hold

, bi bj

 

*

 

z(t) =

*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A z(t), k = 1, n, t I.

 

 

 

 

 

 

(2.61)

 

0k

 

 

 

 

 

 

0k

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

If in addition rank B* = m and

 

 

Gram determinant is the following

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

< 01, 01

> ...

 

 

< 01, 0n >

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( 01,..., 0n ) =

 

 

 

 

 

 

...

 

 

 

...

 

 

 

 

...

0,

 

 

 

(2.62)

< 0n , 01 > ... < 0n , 0n >

then vectors 01,..., 0n exist and are linearly independent.

110

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]