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线性系统理论-第七章:3李氏第二方法.ppt
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§7—4
李雅普诺夫第二方法
为了分析运动的稳定性
,
李雅普诺夫提出了两
种方法
:
第一方法
包含许多步骤,包括最终用微分方
程的显式解来对稳定性近行分析,是一个间接的
方法。
第二方法
不是求解微分方程组,而是通过构
造所谓李雅普诺夫函数(标量函数)来
直接判断
运动的稳定性,因此又称为
直接法
。
李雅普诺夫第二方法目前仍是研究非线性、时
变系统最有效的方法,是许多系统控制律设计的
基本工具。
例:
考虑如下系统关于零解的稳定性:
首先构造一个正定函数:
例:
考虑小阻尼线性振动系统:
易于验证,这是一个正定函数。而方程
一般说来,微分方程的解不能求得,故
v
的显式不
能得到。但却可求出
v
沿微分方程解的导数:
当
x
1
和
x
2
不同时为零时,即在相
平面上,除原点
x
1
=
x
2
=0
外,总
有
dv
/
dt
<0
,这说明
v
总是沿着微
分方程的运动而减小的,也就是
说,运动轨线从
v
=C
的椭圆的外
面穿过椭圆走向其内部。因此,
系统关于零解必是渐近稳定的。
以上例子说明,我们借助于一个特殊的
v
函数,
不求解微分方程,就可以按
v
及
dv
/
dt
的符号性质来判
断零解的稳定性,而我们知道,在大多数情况下,求
解微分方程是做不到的。
因此,利用
Lyapunov
函数判断零解的稳定性
包含如下要点:
1)
构造一个函数
v
(
x
1
,…,
x
n
),
它具有一定的符号特性,
例如证明渐近稳定时要求
v
(
x
1
,…,
x
n
)=
C
(
C
>0),
且当
C
趋向于零时是一闭的、层层相套的、向原点退缩
的超曲面族;
2)
v
(
x
1
,…,
x
n
)
沿着解
x
1
=
x
1
(
t
),…,
x
n
=
x
n
(
t
)
的时间导数
dv
/
dt
=
w
(
x
1
,…,
x
n
)
也具有一定的符号性质,例如负
定或半负定。
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