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

книги / Матричные и асимптотические методы в теории линейных систем

..pdf
Скачиваний:
1
Добавлен:
19.11.2023
Размер:
26.59 Mб
Скачать

Принимая во внимание, что подынтегральная функция

ехр ] (р- +

ea^dt" ограничена на [О, Л, т. е,

 

г

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

exp J (|х + гаj) dt" <

(Ьг>

0),

 

имеем

 

г

 

 

 

 

 

 

||у (t) [| < exp (az +

eaj) (||у (0) | +

яАО-

 

 

 

 

Отсюда

следует

 

 

положительное число

Л е м м а

5. Существует такое

ei <

е0, что

любое решение у (t) неоднородного уравнения

(12),

начальное значение которого ограничено условием

 

 

 

 

 

1аФ)\<с„

 

 

 

 

на промежутке 0 <

/ ч< L/б2, где е2 — фиксированное число

из интервала (0, e j,

допускает оценку

 

 

 

 

 

 

(0II <

ехр (а2 4- щЦ (с0 +

a3V )-

t £

Используя лемму 5 и принимая

во

внимание, что

£ [0, L/E2], имеем

 

 

 

 

 

 

аъIIУ(О II4-

< аъexp (а2+

axL) (с0 + aj?t -£■) 4- Щ<

а«-

Тогда (см.

(27))

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

Iг (О II < Iг (0) ||exp l

(p + ea4)dt +

 

 

 

 

 

 

 

0

t

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4- sm+la8 f exp

f (p 4- *a4) dfdt' <

 

di'

<exp (a24- ea4t) (||г (0) || 4- em+la8b2f),

где bz — положительное число такое,

что

о

(р 4- eaj dt" <

b3,

ехр |

Г

 

 

и, далее, так как t £ [0,

Цг2],

 

II2 (t)|| •< ехр (аг 4~ щЦ ^||г (0) || 4- &n+la8b2— J.

Полученное неравенство доказывает следующее поло­ жение.

Л е м м а 6. Пусть

 

11*/(0)|<4>, ||2(0)[|<e"H-V

 

Тогда существует такое положительное число

гх с е 0 ,

что для каждого фиксированного числа е2 £ (0, б!)

можно

указать сх >* 0 такое, что

 

Теперь можно оценить погрешность приближенного ре­ шения хт . Имеем

Отсюда, используя лемму 6, получаем

 

II* — * 4 < II K im) 1

&т+'сг = ет+'ст.

Таким образом, мы пришли к следующей теореме.

Т е о р е м а 2. Пусть

 

 

 

*(°) = * т ( ° ) '

 

Тогда существует такое число ех >

0, что при фикси­

рованном

е2 (е2 £ (0, ej) и некотором

ст на сегменте

[tlf t2\ а

[0, L/ea] имеет место оценка

 

II * (0 — хт(О II < стет+1

(8 < е2>

t£ [tlt t2]).

Полученные оценки устанавливают асимптотический ха­ рактер приближенного решения (2) уравнения (1).

ЛИТЕРАТУРА

1. В е л л м а н Р., Введение в теорию матриц, «Наука», Москва, 1969.

2.В е л л м а н Р., Теория устойчивости решений дифференциальных уравнений, ИЛ, Москва, 1954.

3.Б е с е к е р с к и й В. А., П о п о в Е. П., Теория систем авто­ матического регулирования, «Наука», Москва, 1966.

4.Б о г о л ю б о в Н. Н., О некоторых статистических методах в математической физике, Изд. АН УССР, Львов, 1945.

5.Б о р с к и й В., О свойствах импульсных переходных функций

 

систем с

переменными

параметрами,

Автоматика и телемеханика,

6.

т. 20, № 7, 1959.

 

Колебания, Гостехиздат,

Москва,

1954.

Б у л г а к о в

Б. В.,

7.

В а з о в

В., Асимптотические разложения решений обыкновен­

8.

ных дифференциальных уравнений, «Мир», Москва, 1968.

 

В а с и л ь е в а

А. Б.,

Асимптотические методы в теории диффе­

 

ренциальных уравнений с малым параметром при старшей произ­

 

водной, Пятая летняя математическая школа, Изд. АН УССР, Ки­

9.

ев, 1968.

 

 

Ф.

Р., Теория

матриц,

«Наука»,

Москва,

Г а н т м а х е р

10.

1967.

 

 

Р . , К р е й н М. Г., Осцилляционные матрицы

Г а н т м а х е р Ф .

 

и малые колебания механических систем, Гостехиздат, Москва —

 

Ленинград, 1950.

 

 

 

 

 

11.Г е л ь ф а н д И. М., Лекции по линейной алгебре, «Наука», Моск­ ва, 1971.

12. Д а л е ц к и й Ю.

Л., К р е й н М. Г., Устойчивость решений

дифференциальных

уравнений в банаховом пространстве, «Наука»,

Москва, 1970.

 

13.Д а л е ц к и й Ю. Л., К р е й н С. Г., О дифференциальных урав­ нениях в гильбертовом пространстве, Украинский математический журнал, т. 2, № 4, 1950.

14.

Д е Б р е й н

Н. Г., Асимптотические методы в анализе, ИЛ,

16.

Москва, 1961.

 

Д е м и д о в и ч Б. П., Лекции по математической теории устой­

 

чивости, «Наука», Москва, 1967.

16.Д у б о ш и н Г. Н., Устойчивость движения, Механика в СССР за 30 лет, «Общая механика», Гостехиздат, Москва — Ленинград, 1950.

38. П а р о д и М., Локализация характеристических чисел матриц и

ее приложения, ИЛ, Москва, 1960.

39.П о н т р я г и н Л. С., Обыкновенные дифференциальные уравне­ ния, «Наука», Москва, 1970.

40.П у г а ч е в В. С., Об асимптотических представлениях интегра­ лов систем обыкновенных линейных дифференциальных уравнений, содержащих параметр, Математический сборник, т. 15 (57), № 1, 1944.

41. Р а п о п о р т И. М., О некоторых асимптотических методах в теории дифференциальных уравнений, Изд. АН УССР, Киев, 1954.

42.Р а п о п о р т И. М., Об устойчивости регулируемых процессов, Доклады АН СССР, т. 158, № 2, 1964.

43.Р о й т е и б е р г Я. Н., Аавтоматическое управление, «Наука», Москва, 1971.

44. Р у м я н ц е в В. В., Метод функций Ляпунова в теории устой­ чивости движения, Механика в СССР за 50 лет, т. I, «Общая и при­ кладная механика», «Наука», Москва, 1968.

45.Современная теория систем управления, под ред. Леондеса, «Наука», Москва, 1970.

46. С о л о д о в А. В. П е т р о в Ф. С.,

Линейные автоматические

системы с переменными параметрами,

«Наука», Москва, 1971.

47.С т р е л к о в С . П., Введение в теорию колебаний, «Наука», Моск­ ва, 1964.

48.Т а м а р к и н Я. Дм О некоторых общих задачах теории обык­ новенных линейных дифференциальных уравнений и о разложении произвольных функций в ряды, Петроград, 1917.

49.Т е р р и т т и н X. Л., Асимптотическое разложение решений си­ стем обыкновенных линейных дифференциальных уравнений, со­ держащих параметр, Сб. перев. «Математика», 1 : 2, ИЛ, 1957.

50.Ф а д д е е в Д . К*. Ф а д д е е в а В. Н., Вычислительные методы линейной алгебры, Физматгиз, Москва, 1963.

51.Ф е л ь д б а у м А. А., Б у т к о в с к и й А. Г., Методы теории

52.

автоматического управления, «Наука», Москва, 1971.

Д.,

Ф е щ е н к о С .

Ф., Ш к и л ь Н. И., Н и к о л е н к о Л.

 

Асимптотические

методы

в

теории

линейных

дифференциальных

53.

уравнений, «Наукова думка»,

Киев,

1966.

 

 

Ф р е з е р Р.,

Д у н к а н

В., К о л л а р А., Теория матриц и ее

 

приложения к

дифференциальным

уравнениям

и динамике,

ИЛ,

 

Москва, 1950.

 

 

 

 

 

 

 

54.X и л л е Э., Ф и л л и п с Р., Функциональный анализ и полу­ группы, ИЛ, Москва, 1962.

55.Ч е з а р и Л., Асимптотическое поведение и устойчивость решений

обыкновенных дифференциальных

уравнений, «Мир», Москва,

1964.

Г. А., П о т а п е н к о А. А.,

66. Ч е р н е ц к н й В. И., Д и д у к

Математические методы и алгоритмы исследования автоматических систем, «Энергия», Ленинградское отделение, 1970.

57.Ч е т а е в Н. Г., Об одной мысли Пуанкаре, Сб. научных трудов Казанского авиационного института, № 3, 1935.

58. Ч е т а е в Н. Г., Устойчивость движения, «Наука», Москва, 1965.

59.Ч ж а н С ы - и н, Об устойчивости движения на конечном интер­ вале времени, Прикладная математика и механика, т. 23, вып. 2,

1959.

60.Ш т о к а л о И. 3., Критерий устойчивости и неустойчивости реше­ ний линейных дифференциальных уравнений с квазипериодическими коэффициентами, Математический сборник, т. 19 (61), № 2,

1946.

61.Ш т о к а л о И. 3., Линейные дифференциальные уравнения с пере­ менными коэффициентами, Изд. АН УССР, Киев, 1960.

62.Э р д е й и А., Асимптотические разложения, Физматгиз, Москва,

1962.

63.А б г а р я н К- А., Асимптотическое расщепление уравнений регулируемого процесса при медленном изменении параметров

регулируемого объекта и системы регулирования, Доклады АН СССР, т. 158, № 3, 1964.

64.А б г а р я н К. А., Приведение квадратной матрицы к квазиднагональному виду и разложение ее на составляющие, Известия АН Арм. ССР, Физико-математические науки, т. 18, № 2, 1965.

65.А б г а р я н К- А., Метод асимптотического расщепления системы линейных дифференциальных уравнений, Известия АН Арм. ССР, Математика, т. 1, № 2, 1966.

66.А б г а р я н К. А., Об асимптотическом интегрировании уравне­

ний регулируемого процесса, Доклады АН СССР, т. 177, № 4, 1967.

67.А б г а р я н К. А., Об устойчивости движения на конечном про­ межутке времени, Прикладная математика и механика, т. 32, вып. 6, 1968.

68.А б г а р я н К. А., Канонические преобразования уравнений не­

стационарной системы регулирования, Автоматика и телемеханика,

№ 2, 1969.

69.А б г а р я н К- А., Асимптотическое преобразование уравнений не­ стационарной линейной системы и критерии устойчивости, в сб. «Тео­ рия и проектирование систем автоматического управления летатель­ ными аппаратами» под ред. Б. Н. Петрова, «Машиностроение». 1970.

70.А б г а р я н К. А., Одно формальное преобразование системы ли- . нейных дифференциальных уравнений, Известия АН Арм. ССР, Математика, т. 5, № 4, 1970.

71.А б г а р я н К . А., К теории нестационарных систем автомати­ ческого управления, Доклады АН СССР, т. 194, № 2, 1970.

72.А б г а р я н К- А., Одно асимптотическое преобразование линей­ ной дифференциальной системы, Известия АН Арм. ССР, Матема­ тика, т. о, № 5, 1971.

73.А б г а р я н К. А., Об устойчивости движения на заданном про­ межутке времени, Известия АН Арм. ССР, Механика, т. 25, № 5, 1972.

74.

C a m p b e l l Н. G., Matrices with applications, New York, Apple-

76.

ton — Century — Crofts, 1968.

London,

C u l l e n

Ch. G., Matrices and linear transformations,

76.

1966.

H,, Linear time-varying systems: analysis and

synthe­

D a n g e l o

sis, Allyn and Bacon, Boston, 1970.

77.

F r a n k l i n

J. N., Matrix

theory, Englewood

Cliffs (N. J.),

78.

1968.

D. und S t a h l

H., Matrizen

und Determinanten

und

G u n t h e r

79.

ihre Anwendung in Technik und Okonomic, Leipzig, 1966.

New

M о о г e J. Th., Elements of linear algebra and matrix

theory,

80.

York, 1968.

 

 

Akademic

Press,

New

P e a s e M. C., Methods of matrix algebra,

 

York and London, 1965.

 

 

 

 

81.R e i d W. T., A matrix differential equation of Riccati type, Ame­ rican Journal of Mathematics, vol. LXVI1I, Number, 2, 1946.

82.W a z e w s к i T., Sur la limitation des integrates des systemes

d'dquations differentielles lineaires ordinaires, Studia Mathematics,

t. X, 1948.

83.W e i s s L. and I n f a n t e E. F., On the stability of sistems de­ fined over a finite time interval, Proc. Nat. Acad. Sci. (USA), vol. 54, 1965.

84. W i n t n e r

A., Bounded matrices and

linear differential equations,

American

Journal of Methematics,

vol. LXXIX, Number 1,

1957.

 

 

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ

Алгебраическое дополнение 20 Аннулирующий многочлен векто­

ра 68

68

----------- минимальный

------- матрицы 71

71

----------- минимальный

------- пространства 69

 

Асимптотическая устойчивость 357

Базис векторного

пространства

34

 

 

— жорданов 91

 

, 344

Билинейная форма 327

— эрмитова форма

326

 

Биортогональность

172

 

Блочная матрица 22, 23

Боголюбова метод

414

 

Важевского неравенства 371 Вектор 11, 30

нормированный 324

порождающий 83 Векторное пространство 30

------- бесконечномерное 34

------- п-мерное 34

Векторы линейно зависимые 32

------- независимые 32 Весовая функция 259 Возмущение 355

Гамильтона — Кэли теорема 99 Главный минор 13 Гронуолла — Веллмана лемма 144

Дельта-функция Дирака 256 Дефект матрицы-оператора 45

— матричного многочлена 97 Диагональ матрицы 12

------- главная 12 Диагональная матрица 17

Дискриминант квадратичной фор­ мы 345

Дискриминант эрмитовой формы 351

Длина вектора 323 Евклидова метрика 326

— норма матрицы 140 Евклидово пространство 327 Единичная матрица 18

Жорданов базис 91 Жорданова матрица 97, 107

— цепочка 91 Жордановы клетки 97, 108

Закон инерции квадратичных форм 347

------- эрмитовых форм 351

Изоморфные линейные простран­ ства 37

Импульсная переходная функ­ ция 258

Инвариантные многочлены 93 Интеграл матрицы 132

Квадратичная форма 327, 344

-------неотрицательная 349

------- неположительная 349

-------отрицательно

определен­

ная 349

определен­

-------положительно

ная 349

к главным

------- ,

приведение

осям

349

 

Квадратичные формы, закон инер­ ции 347

Квадратная матрица 12 Квазидиагональная матрица 24 Классы векторов 78 Клетки Жордана 108

Коммутативные матрицы 17 Компоненты вектора 35 Конгруэнтные матрицы 345 Координаты вектора 35

— механической системы нор­ мальные 311

Лемма

Гронуолла — Веллма­

на 144

зависимые векторы 32

Линейно

независимые векторы 32 Линейное векторное пространст­

во 30

преобразование 27

Линейный оператор

39, 50

------- , собственное значение 53

-------, собственный

вектор 53

Матрица 11

блочная 22, 23

верхняя квазитреугольная 24 треугольная 24

вырожденная 12

диагональная 17

единичная 18

жорданова 97, 107

квадратная 12

квазидиагональная 24

Коши 149

Ляпунова 374

невырожденная 12, 18

неособенная 12, 18

нижняя квазитреугольная 24 треугольная 24

нулевая 13

обратная 20

ортогональная 342

особенная 12

переходных функций многомер­ ной системы 264

присоединенная 19

проекционная 61

простой структуры 58, 168

прямоугольная 11

сдвига 91, 125

симметрическая 22

скалярная 17

сопряженная 21

союзная 19

столбцовая 11

строчная 11

транспонированная 21

унитарная 336

фундаментальная 149

характеристическая 93

эрмитова 22

эрмитово-сопряженная 21 Матрицант 150 Матрицы коммутативные 17

Матрицы конгруэнтные 345

перестановочные 17

подобные 52 Матричный ряд 141 Метод Боголюбова 414

Эйлера 158 Метрика евклидова 326

эрмитова 323

-------неотрицательная 323

 

 

-------положительно

определен­

ная

323

 

13

 

 

 

 

Минор главный

 

 

 

 

— матрицы

13

 

 

аннулирую­

Многочлен

вектора

щий

68

 

 

 

68

 

 

 

-------

минимальный

 

 

71

— матрицы

аннулирующий

 

 

минимальный

71

 

 

 

— пространства

 

 

аннулирую­

щий 69

 

 

 

70

 

 

 

-------

минимальный

 

93

— характеристический 54,

Многочлены

инвариантные

93

Неравенства

Важевского

371

— Сильвестра 45

 

 

 

 

 

Норма матрицы 140

 

 

 

 

-------

евклидова

 

140

 

 

 

-------

эрмитова

140

матрицы

вто­

Нормальная

форма

рая

естественная

90

 

 

 

----------- жорданова

91

 

 

89

----------- первая

естественная

— частота 311

 

 

 

механи­

Нормальные

координаты

ческой системы

311

324

 

Нормированный

 

вектор

 

Нулевая матрица

13

 

 

 

Обратная матрица 20 Оператор линейный 39, 50

неособенный 52

обратный 53

ортогональный 342 второго рода 342

— первого рода 342

особенный 52

проекционный 60

простой структуры 57

симметрический 338

сопряженный 329

транспонированный 338

Оператор унитарный 335

— эрмитов 331 Определитель матрицы 12

— произведения матриц 18 Ортогональная матрица 342 Остроградского—Лиувилля фор­

мула 147

Передаточная функция 282 Перестановочные матрицы 17 Переходная функция 264 Подобные матрицы 52 Подпространство векторного про­

странства 38

инвариантное относительно ли­ нейного оператора 71

собственное 55

циклическое 83

Порождающий вектор 83 Порядок матрицы 10 Преобразование Лапласа 160

обратное 162

— Ляпунова 374 Проекционная матрица 61 Проекционный оператор 60

Проекция вектора на подпростран­ ство 60

Произведение матриц 14, 15

— матрицы на число 14 Производная матрицы 131 Пространство евклидово 327

— унитарное 323

Размерность векторного простран­ ства 34

Разность матриц 14 Ранг матрицы 13

— эрмитовой формы 351

Сильвестра неравенства 45 Симметрическая матрица 22 Симметрический оператор 338 Симметричная единичная импульс­

ная функция 256

------- функция 256 Сингулярная форма 345

— эрмитова форма 351 Скалярная матрица 17 След матрицы 147 Сложение матриц 13 Собственная частота 311

Собственное

значение

линейного

оператора 53

 

55

 

 

— подпространство

 

 

Собственный

 

вектор

линейного

оператора 53

 

 

 

 

-------матрицы

54

 

 

17

 

Сопряженная

матрица

 

Сопряженное

 

уравнение 151

 

Сопряженный

оператор

329

 

Составляющие

вектора

35

 

— матрицы

115

 

 

 

 

Союзная

матрица

19

77

 

 

Сравнение

векторов

 

 

Столбцовая

матрица

11

 

Строчная

матрица

11

255

 

Ступенчатая

функция

 

Теорема

 

Гамильтона — Кэли

99

Транспонированная

матрица 21

1 ранспонированный

оператор

338

Умножение матриц 14, 15, 16 Унитарная матрица 336 Унитарное пространство 323 Унитарный оператор 335 Уравнение возмущенного движе­ ния 356

сопряженное 151

характеристическое 54 Условие физической осуществи­

мости (реализуемости) системы 259

Устойчивость 353

асимптотическая 357, 365

по Каменкову и Лебедеву 362, 363

по Ляпунову 354, 357

равномерная 365

техническая 359

Форма билинейная 327, 344

— квадратичная 327, 344

------- неотрицательная 349

-------неположительная 349

------- отрицательно определенная 349

------- положительно определен­ ная 349

—, приведение к главным осям 349

сингулярная 345

эрмитова 326

Соседние файлы в папке книги