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

книги из ГПНТБ / Д’Анжело, Г. Линейные системы с переменными параметрами. Анализ и синтез

.pdf
Скачиваний:
28
Добавлен:
19.10.2023
Размер:
9.64 Mб
Скачать

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. 3.

1.

Определения

 

 

 

 

 

 

 

Определение 5. 4.

Система

называется

глобально

 

редуциро-

той

* на интервале [to, tf], если она полностью управляема

по

состоянию и полностью наблюдаема на интервале [to,

tf].

 

 

Из

теорем

4.2

и 4. 13

и

соответствующих

следствий

выте­

кает следующая

теорема.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Теорема 5.2. Реализация матрицы Q(t,

т)

является

глобаль­

но редуцированной тогда и только тогда,

когда

матрицы

 

 

М(/0 ,

^ ) = _ | V o ,

t)B(t)B'(t)<?\t0,t)dt=j'

 

Q(t)Q'(t)dt

 

 

(5.

12)

 

 

 

 

to

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t0

 

 

 

 

 

 

И

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N (*0, tf)=^f

cp' (/,

/0 ) С (t) С (t) cp

 

/0 ) dt=

f

P'

(t) P (t) dt

 

(5.

13)

 

 

 

t0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К

 

 

 

 

 

 

 

неособые. Здесь

Q(/)

и P(/)

определяются

формулами

(5.5)

и (5.6).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Следствие

5. 2а. Система

глобально

редуцирована

на

[to,

tf],

если

столбцы

P(t)

=C(t)y(t,

 

t0)

и строки

Q(t) =q>(t0, t)B(t)

ли­

нейно

независимы

на [t0, tf],

или,

что эквивалентно,

реализация

Q (t,

х)

 

глобально

редуцирована

на [to, tf]

тогда

и только

тогда,

когда при ненулевом

выборе векторов b и с имеет место

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р ( О Ь * о,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c'Q (t) ф

О

 

 

 

 

 

 

 

 

на некотором конечном подынтервале [ti,

4]

интервала

[to,

tf].

Следствие 5. 26.

Любая

реализуемая

матрица Q(t,

т)

обла­

дает глобально редуцированной

реализацией.

 

 

 

 

 

 

Чтобы подчеркнуть возможность дальнейшей редукции

систе­

мы, уже

являющейся

глобально

редуцированной,

определим

по­

нятие редуцируемости

и укажем отличие его от понятия

глобаль­

ной

редуцируемости.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определение

5. 5. Система

называется

 

редуцируемой

на

ин­

тервале

[to,

tf],

если ее импульсная переходная

матрица

может

быть реализована на [t0, tf] системой более низкого порядка.

 

Сравнивая определения 5.4 и 5.5, видим, что термин

«редуци­

рованная

система»

означает большую степень

редуцированности,

чем

«глобально

 

редуцированная

 

система».

Практически

система

глобально редуцированная часто является также и редуцирован­ ной. Однако в качестве иллюстрации рассмотрим пример, когда система, будучи глобально редуцированной, является еще реду­ цируемой.

* Следует отметить, что с точки зрения

весовой функции

Qw(t, х), опре­

деляемой для всех / и т, но равной импульсной переходной

матрице Q(t, %)

Для t^r, глобально редуцированная система

является также

редуцированном

в том узком смысле, что представляет собой минимальную реализацию,

140

Пример 5. 3. Исследуем глобальную редуцируемость и редуцируемость сле­ дующей скалярной системы на интервале [t0, tf):

 

"х\ it)

 

a 0"

[*i (ty

+

Ъ

(t) -

u(t),

 

X2 (0

 

0 a

1X2(0

 

b2(t)_

 

 

 

 

 

 

y(t)

= [\

c2(t)} xi

(ty

 

 

 

 

 

 

 

 

lx2

(t)

 

 

Здесь a — ненулевая постоянная, а переменные коэффициенты

 

 

*1 (0 =

1 t0

 

< t < T

 

 

 

0 T < t < tf

'

 

 

 

 

 

 

 

«2 (0 = с2 (t) = j 0 t0

< t < T.

 

 

 

 

 

 

1 T <t

<tf

 

Переходная матрица этой

системы легко

определяется и имеет вид

 

 

 

е Ж'-'о)

 

 

о

 

 

 

t(t,t0)

=

о

 

e a ( t - t 0 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Следовательно,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

>(t0, t)B(t)

=

bi(t)e<oa(t0-ty

 

= Q(0

 

Ь2(Г)еа^"-{)

 

 

 

 

 

 

 

 

С (t) <f (t,

t0)

= t e e ( ' - ' o ) c 2

(t) ef l ( '-'o ) ] = P (t).

Так как строки q>(t0, t)fl(t)

и столбцы С(0<р(^, М линейно независимы на ин­

тервале [A), tf], заключаем, что на этом интервале

система полностью управляе­

ма и полностью

наблюдаема

и, в соответствии со следствием 5. 4, — глобально'

редуцирована.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Импульсная

переходная

функция этой системы имеет вид

S (I, х) = e^'-^bi

(х) + с2

(t) ea(t~x)b2

(х) = e a { t ~ x ) , t > т.

Легко видеть, что система редуцируема в смысле определения 5. 5, так как может быть реализована системой первого порядка, описываемой уравнениями

x(t) = ax(t) + u(t),

W)= x(t).

Следовательно, описанная система является как глобально редуцированной, так и редуцируемой.

Из рассмотренного примера можно

заключить, что глобаль­

но редуцированная система

не обязательно представляет

собой

минимальную

реализацию

заданной импульсной переходной

матрицы. Чтобы система была глобально

редуцированной,

тре­

буется полная

управляемость и полная

наблюдаемость этой си­

стемы. Далее показывается, что, в отличие от этого, редуцирован­ ная система получается только тогда, когда имеет место опреде­ ленная последовательность интервалов полной управляемости и полной наблюдаемости системы.

141

5. 3. 2. Необходимые и достаточные условия

минимальной реализации

Теорема 5. 3. Система

п-го порядка, соответствующая разло­

жению Q ( / , T ) = P ( / ) Q ( T ) ,

является минимальной реализацией

матрицы Q(t, х) тогда и только тогда, когда щ строк Q(t) ли­

нейно

независимы

на любом

конечном

подынтервале

[tu

t2],

а п0

столбцов

Р(/)

линейно независимы

на любом

конечном

• подынтервале

[t3, 4 ] , где £ о « £ ^ 1 < 4 ^

ts<U<tf.

В

этом

случае

число щ называется

порядком

матрицы

Q(t, х).

Это число

рав­

но минимальной размерности системы, с помощью которой мо­ жет быть реализована матрица Q(t, х).

Эквивалентная

формулировка: система с импульсной пере­

ходной матрицей Q(t, х) является минимальной

реализацией

тогда и только тогда, когда существует конечный

подынтервал

[ti, t%] полной

управляемости, предшествующей

конечному

подынтервалу [tz, 4 ]

полной наблюдаемости.

разложение

Доказательство.

Достаточность. Рассмотрим

 

 

Q{t,

x) = P0(t)Q0(x)tf-l)(t-x),

 

(5.15)

в котором п0

строк

QO(T)

линейно независимы

на [ti,

t%] и «о

столбцов

Ро

(0 линейно

независимы на [t3,

4 ] . Множитель

б( - 1 ) (^ — т)

представляет

собой

единичную ступенчатую

функ­

цию, определенную

в примере

4. 5. Здесь необходимо обратить

внимание на причинность, наличие которой без специальной ого­

ворки

обычно предполагается.

Предположим,

что существует

другое(

разложение Q(t, т) = P(i)Q(T)6(~1 >(£ — т), в котором P(t)

и 0(т)

имеют соответственно п столбцов и п строк. Тогда

 

 

Р0

(/) Q0

(т) 8 ( _ 1 ) (t - х) = Р (t) Q (т)

(/ -

х).

(5. 16)

Умножая

слева

обе части уравнения (5. 16)

на

Р</(0

и инте­

грируя по t на интервале [t3, 4 ] ,

получим

 

 

 

Принимая во внимание выражения (5. 5) и (4. 103), это урав­ нение можно записать в виде

j Р„'(*)Р(/)Л Q(t) = N(*„ <4)Qo(t), t < V

(5.18)

142

Так как

столбцы

Ро(0

линейно

независимы

на

[/3,

А],

(п0Хп0)-матрица

N(^3, 4 )

является

неособой. Следовательно,

 

где

 

 

 

 

Q O ( T ) = U ( V * 4 ) Q ( T ) , * < ' з >

 

 

 

( 5 - 1 9 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U (/3 ,

/4 ) =

N - 1 (/3 ,

/4 )

f Р 0 ' Р Л ,

^0 <

/3 <

/ 4 <

 

(5. 20)

есть

(поХп)-матрица.

 

Аналогичным

 

образом,

умножая

справа

обе части

уравнения

(5. 16)

на Q O ' ( T )

И интегрируя

по т на

ин­

тервале [tu

t2],

получим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P o W ' f Q e ( t ) Q 0 ' ( t ) r f t = P ( 0

fQ(T)Qo'(t)c?t,

/ „ < ' i < ' » < ' -

(5.21)

Принимая

во

внимание

выражения

 

(5.5)

и (4.20),

можно

это

уравнение записать в виде

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р 0

(t) Ж

4 ) =

Р (0 f Q (х) Q0 ' (t) dt,

/2 < /.

 

(5. 22)

Так как строки Q 0 ( T )

линейно независимы на [U, t2],

(п0 Х«о)-мат-

рица

М ( / ь

/2 )

является

неособой. Следовательно,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P0 (0

=

P ( 0 V ( ^ ,

t2\ / 2 < / ,

 

 

(5.23)

где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2;

 

jQ (т) Q0 '

(t)

rft

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

есть (nX«o)-матрицы. Из уравнения

(5. 19) видим,

что

число п й

линейно

независимых строк

Q O ( T )

не

может

превзойти

ранг

U(/3 ,

ti),

который, в свою очередь,

не может превысить

число п ,

равное числу

столбцов

U ( r 3 , 4 ) и числу строк

Q ( T ) . Таким

об­

разом

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

п0<;рангU(t3,

 

/ 4 ) < п ,

 

 

 

 

(5.25а)

или просто

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

л 0 < / г .

 

 

 

 

 

 

(5.25в)

Необходимость.

Для

некоторой

реализации

импульсной

пере­

ходной

матрицы

Q(t,

х) существует лишь три возможности

не­

соблюдения условий теоремы:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Система не является полностью управляемой ни на одном интервале. В этом случае существует по крайней мере одна пере-

.менная состояния, на которую входной сигнал не оказывает какого-либо влияния. Эта переменная не влияет на импульсную переходную матрицу и, следовательно, система является реду­ цируемой.

143

2.Система полностью управляема на некотором подынтерва­

ле [tu i2], но не является полностью наблюдаемой ни на одном подынтервале. В этом случае существует по крайней мере одна управляемая переменная состояния, не оказывающая какоголибо влияния на выходной сигнал и, следовательно, не влияю­ щая на импульсную переходную матрицу. Поэтому система яв­ ляется редуцируемой.

3.Система полностью управляема на некотором подынтер­

вале [tit t%\ и полностью наблюдаема на подынтервале \t3, ti], причем подынтервал [t3, ti] целиком предшествует подынтервалу [ti, /г]. В этом случае до и на интервале полной наблюдаемости существует по крайней мере одна переменная состояния, на кото­ рую входной сигнал не оказывает.никакого влияния. Следова­

тельно, на интервале [to, ti] система редуцируема. После

момен­

та /4 наступает интервал [tu t%]

полной

управляемости.

Однако,

начиная с ti, система не является

полностью наблюдаемой. По­

этому на данном интервале существует по крайней

мере

одна

ненаблюдаемая переменная состояния, так что на

интервале

(Д, tf] система редуцируема. Таким образом, система

редуцируе­

ма на интервалах [t0, ti] и [4, tf] и, следовательно, на всем

интер­

вале [to, tt]*.

 

 

 

 

 

Следствие 5. 3. Предваряющая

система

(т. е. имеющая

им­

пульсную переходную матрицу ii(t, т) ФО для /<т ) является ми­ нимальной реализацией матрицы Q(t, х), если эта система гло­ бально редуцирована.

5.3.3. Примеры. Рассмотренная в примере 5.3 система полно­ стью управляема на всех интервалах [t0, Т + г], где е > 0 . Однако эта система не наблюдаема на интервалах [Т+г, tf] при любых е > 0 . Следовательно, в соответствии с теоремой 5. 3 эта система редуцируема. Приводимые далее примеры служат дальнейшей иллюстрацией применений теоремы 5. 3.

Пример 5. 4. Рассмотрим систему, описываемую следующими уравнениями

8 переменных состояния:

 

 

х\ (t)

а 01

Г Ху (t)

. *2 (0.

О ft J

U 2 ( 0 J+ U w J e ( 0

* Это заключение основывается на предположении о возможности исполь­ зовать импульсные функции в матрице А. Тогда переменная состояния Xi(t) может быть сделана равной нулю в момент t, где tk<t<U. Следовательно, не­

которая переменная состояния может содержать модальную составляющую, поддающуюся наблюдению на интервале [t3, U], и другую, отличную от угомя-

«утой модальную составляющую, поддающуюся управлению на

интервале

[t\,

t%\. Физически это означает, что накопителю энергии (например,

интеграто­

ру)

предоставляется возможность разрядиться в некоторый момент между ин­

тервалами г4 ], [ti, ti], а на самих интервалах участвовать в создании раз­

личных модальных составляющих. Все это иллюстрируется примером 5. 4.

.144

Здесь

 

 

10

Т < t

<tf

U

Т <t

<tf,

причем а и b — ненулевые постоянные, подчиняющиеся условию афЬ, Переход­

ная матрица этой системы легко определяется и имеет вид

? ( 0 x) =

0

0

 

Следовательно,

 

P (0 = С (t) <t (t, 0) = [C l (0 e a ( , c2 (t) ebt],

'Q(x) = <p(0, т)В (t) =

Отсюда заключаем, что система не является полностью управляемой на любом конечном подынтервале интервала [to, if], предшествующем конечному

dft-Tfr»—I

 

 

ct(t)e -at

- y f t J

+b2(t)ebt

 

-bt

 

 

Рис. 5.6. Реализация импульсной переходной функ­

ции Q(t, T)=ci(t)b1(t)e<4-'-^

+

c2(t)b2(x)b<-t-t)

подынтервалу полной наблюдаемости, и, в соответствии с теоремой 5. 3, эта си­ стема является редуцируемой.

Импульсная переходная функция данной системы выражается следующим

образом:

 

 

 

Q (t, т) = сг Ьх (т) еа { t ~ x ) + с2 (0 Ь2(х)

е^'^К

Нетрудно видеть, что на интервале

[t0,

Т] можно

возбудить и наблюдать

лишь модальную составляющую еа^'-^1,

а на интервале [Т, tf]—только модаль­

ную составляющую eb <f _ T ). Следовательно,

на всем

протяжении интервала

[to, tf] может быть возбуждаема и наблюдаема лишь одна модальная составляю­

щая. Поэтому данная импульсная переходная функция может быть реализована системой первого порядка. Теоретически эту импульсную переходную функцию

можно

реализовать

системой первого

порядка, показанной на рис. 5. 6. Урав­

нения

этой системы

в переменных состояния имеют вид

 

х (0 = -

5 (t Т) х (t) +

[Ьг (0 eat + b2 (0 в*'] и (()

 

y(t)

= [Cl

(t)e-at'+c2(t)e-bt]x(t).

Хотя приведенная схема является идеальной реализацией данной импульс­ ной переходной функции, она не совсем приемлема по причине разрывности матрицы А. Важным здесь является то, что эта разрывность имеет вид им­ пульсной функции. С физической точки зрения наличие импульсной функции в матрице А означает, что энергия накопительного устройства (например, конден­ сатора, пружины и т. д.) должна изменяться на конечную величину мгновенно. Практически это может быть осуществлено лишь приближенно. Можно поэтому заключить, что с физической точки зрения система не является редуцируемой.

145

Представляет интерес рассмотреть для

этой системы

плоскость «управляе­

мость— наблюдаемость»,

т. е. плоскость t,

т

(рис. 5.7).

Заметим, что

 

О в области 1

 

 

 

еа С-'1 )

в

области

2,

 

Q\t,

т) = О в области 3

 

 

 

еь (t—t)

в

области

4.

 

На рис. 5. 7 показано, что две модальные составляющие системы не могут од­ новременно быть управляемыми или наблюдаемыми. Максимальное число мо­ дальных составляющих, поддающихся управлению в некоторый момент времени на [to, tf], можно установить, подсчитывая общее число модальных составляю­

t

Рис.

5.7.

Плоскость

Рис.

5.8.

Плоскость

«управляемость — на­

«управляемость — на­

блюдаемость»

для

систе­

блюдаемость»

для

систе­

мы

в примере

5. 4

мы в примере 5. 5

щих (число линейно независимых столбцов матрицы

P(t), входящей в Q (г, т),

для соответствующих

областей плоскости

«управляемость —наблюдаемость»),

приходящееся на соответствующую вертикаль в плоскости

«управляемость —

наблюдаемость». Аналогичным образом, общее число модальных

составляющих

[число линейно независимых строк матрицы Q(T), входящей в Q (t, т), для со­

ответствующих областей плоскости «управляемость — наблюдаемость», поддаю­ щихся наблюдению в некоторый момент времени, можно установить, подсчиты­ вая число модальных составляющих, приходящихся на соответствующую гори­ зонталь в плоскости «управляемость—наблюдаемость»]. Легко видеть, что для рассматриваемой системы любой вертикали или горизонтали соответствует одна модальная составляющая.

Если общее максимальное число модальных составляющих, приходящихся на какую-либо горизонталь или вертикаль плоскости t, т, равно По, то система

может быть редуцирована по меньшей мере к системе я0 -го порядка, если только в матрице А допускается присутствие импульсных функций.

Пример, 5. 5. Рассмотрим систему, описываемую следующими уравнениями

впеременных состояния:

*i (О

'x(t)

У (0 = [1 c2(t) хх

(О"

*2

(t) .

146

Здесь bi(t), b2(t), c%(t) определяется

так же, как в примере 5.4. Таким

образом,

 

P(t) = [eat,

c2(t)ebt],

Q (О = е-"тЬ2

(т)

Отсюда видим, что система полностью управляема на любом интервале \t0,

Т + е], е > 0 , и полностью наблюдаема на любом подынтервале [Т, tf]. Следова­

тельно, в соответствии с теоремой

5. 3, система нередуцируема.

Импульсная

переходная функция этой системы имеет вид

 

 

 

Q(t, x) = bi (т)а

+c2(t) b2(x)

е * ^ - ч > .

 

 

Обращаясь к плоскости

«управляемость — наблюдаемость»

этой

системы

(рис. 5. 8), заметим, что

 

 

 

 

 

 

[О в области 1

 

 

 

2 (t,

т) = а

в области 2

 

 

 

ь

в области

3.

 

 

В то время, как управляемой в любой момент

времени на [t0, tf]

может

быть лишь одна модальная составляющая, наблюдаемыми на интервале [Т, tf]

и] b,(t)eat

Рис. 5. 9. Реализация импульсной переходной функ­

ции Q(t, т ) = 6 1 ( т ) е а « - ^ + с 2 ( 0 Ь 2 ( т ) е « - ' ) :

/—запоминающее звено

могут быть две модальные составляющие. Следовательно, интервала полной уп­

равляемости, предшествующего интервалу полной наблюдаемости, не сущест­ вует. Можно поэтому ожидать, что минимальная реализация данной системы будет иметь более высокий порядок, чем в случае системы, рассмотренной в примере 5. 4. С другой стороны, вследствие отсутствия в плоскости «управляе­

мость — наблюдаемость» области, в которой импульсная переходная

функция

представляла бы собой сумму двух модальных составляющих, можно

ожидать

что минимальная реализация будет иметь порядок, меньший двух. В связи с этим возникает вопрос, возможна ли система, порядок, которой меньше двух, но больше единицы. Если допустить введение в систему запоминающих звеньев,

то на этот вопрос можно дать положительный ответ. Например, рассматривае­ мая система может быть реализована, как показано на рис. 5. 9. Вследствие введения запоминающего звена в системе используется только один интегратор. Уравнения этой системы относительно переменных состояния имеют следующий вид:

х

(0 = В {t — Т) х (t) + [б, (0 eat

+ b2 (0 еы]

и (t),

У

(0 = [ci (0 e~at + с2 (0 е-"') х

(/) + e~atx

(7).

147

5 . 3 . 2 ,

Нетрудно видеть, что необходимость введения запоминающего звена обуслав­ ливается членом е~а'х(Т) в правой части уравнения, определяющего выход­

ной сигнал. Характер уравнений этой системы относительно переменных состоя­ ния отличен от канонической формы:

х (0 = А (Ох (0 +• В (0 и(0,

У(0 = С (0 х (О-

Всвязи с этим данная система псевдо-первого порядка не может рассмат­

 

риваться как редуцированная.

 

 

 

Пример 5. 6.

Рассмотрим

систему

 

 

хх (t)

а

хх

(ty

+

'»1 (0"

и (О,

 

. *г (0.

о

ь

х2

(0.

 

1

 

 

«/(0 = [сх(0 с2 (0]

X i ( t )

 

 

x2(t)

 

 

до некоторой степени

аналогичную

системе

 

в примере 5.5. Здесь

b\(t),

62(0, ЫО

опреде­

 

ляется так же, как в примере 5. 4.

 

 

Следовательно,

 

 

 

 

 

 

Рис. 5. 10.

Плоскость

Р (0 =

[С! ef l '

 

c2(t)ebt],

 

«управляемость — на­

 

 

 

 

 

 

 

блюдаемость»

для систе­

Q ( T ) =

 

 

 

 

 

мы в примере 5. 6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Отсюда видим, что система полностью управляема на любом подынтервале [to, Т] и полностью наблюдаема на — Б, if] при любом е > 0 . Согласно теоре­

ме 5. 3 эта система нередуцируема.

Импульсная переходная функция рассматриваемой системы имеет вид

Q(t,x) = C l (0 *i (т) еа + с2 (t) е" ( ' - т ) .

Обращаясь к плоскости «управляемость — наблюдаемость» этой системы

(рис. 5. 10), видим, что

 

 

 

 

0 в области 1

 

 

e a { t ~ r )

в области

2 "

 

1е* ('--О

в области

3.

Хотя в любой момент времени на интервале [to, tf] наблюдаема лишь одна модальная составляющая, на протяжении интервала [to, Т] управляемыми яв­

ляются две модальные составляющие. Легко видеть, что эта система полностью управляема на [t0, Т—е] и полностью наблюдаема на —е, ti], где 0 < е < 7 \

Гаким образом, согласно теореме 5. 3 система нередуцируема.

5. 4. СВЯЗЬ МЕЖДУ ЭКВИВАЛЕНТНЫМИ СИСТЕМАМИ

Матрицы U ( / 3 , ti) и V{tu t2), определенные в разделе

тесно связаны друг с другом и используются в дальнейшем для установления связей между эквивалентными системами. Эти связи можно обнаружить, умножая уравнение (5. 16) слева и справа соответственно на Р</(0 и на Q O ' ( T ) И затем интегрируя дважды обе части на интервалах [t3, U] и [tu t2] соответственно

148

по t и т. С учетом соображений причинности интервалы инте­ грирования выбираются таким образом, что ^ o ^ / i < ^ ^ ^ < 4 <

<tt\

 

 

Po'(/)P»W* fQ 0 (*)Q 0 ' ( T )art=

 

 

 

 

it

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= P 0 ' P (*) Л

Q (t) Q0 ' (т) dx,t0

< tx <

4 < / 3 < /4

<

^ .

(5. 26)

Из уравнений

(4. 20) и (4. 103)

следует, что

 

 

 

N (/3 ,

4) М

 

/ а ) = j

Р 0 ' (0 Р ( 0 Л

j ' Q (т)Q„'

(т)rfr,

 

 

 

4 < / 1

< 4 < ^ з < ^ 4 < ^ -

 

 

 

(5.27)

Если система

полностью

управляема

на

[^, £4]

и

полностью

наблюдаема

на |73, U], то

матрицы

N(f3 ,

£4)

и М(^,

^3) неособые,,

так что

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

'я0:

 

 

 

 

 

 

j ' Q ( t ) Q 0 ' ( T ) a ' T M - 1 ( / 1 , / 2 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А > < ^ < 4 < Л < ^ < ^ -

 

 

 

(5.28)

Учитывая

выражение

(5.20)

и

(5.24)

из уравнения

(5.28),

получим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U = U(*8> U)\{tlt

Q, / 0 < / 1 < ^ < ^ < ^ 4 < ^ -

(5. 29}

Уравнение

(5.29)

еще

раз подтверждает,

что как

U(t3, 4)»

так и V ( 4 , 4 ) имеет ранг

п0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.4.

1. Редуцированные системы

 

 

 

Для случая, когда

как

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P O W Q O ( T ) 8 ( ~ 1 )

 

 

так

и

P ( / ) Q ( T ) 8 ( _ 1 ) ( ^ ~ T )

 

соответствуют редуцированным системам, имеющим импульсную переходную матрицу ii(t, т) (т. е. п=п0), U(/3 , 4 ) и V ( 4 , t2) представляют собой неособые (nQXn0)-матрицы. Тогда из урав­ нения (5. 29) следует

U ( / 3 , ^ 4 ) = V - 1 ^ *Я) = С.

(5.30а)

Нетрудно видеть, что в этом случае U(4-, 4 ) и V ( 4 , t2) не зависят от /3 , 4 и 4 , ^- Таким образом,

U ^ V - ^ C .

(5.306)

149

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ