Незнакоопределенные функционалы Ляпунова в задаче об устойчивости функционально-дифференциальных уравнений с конечным запаздыванием

В работе предложено развитие метода функционалов Ляпунова в направлении использования знакопостоянных и немонотонных функционалов. Полученные результаты применяются в решении задач о стабилизации положения равновесия математического маятника и стационарных вращательных движений твердого тела с непод...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :Механика твердого тела
Дата:2004
Автори: Андреев, А.С., Павликов, С.В.
Формат: Стаття
Мова:Російська
Опубліковано: Інститут прикладної математики і механіки НАН України 2004
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/123746
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Незнакоопределенные функционалы Ляпунова в задаче об устойчивости функционально-дифференциальных уравнений с конечным запаздыванием / А.С. Андреев, С.В. Павликов // Механика твердого тела: Межвед. сб. науч. тр. — 2004. — Вип. 34. — С. 112-118. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1859804921074810880
author Андреев, А.С.
Павликов, С.В.
author_facet Андреев, А.С.
Павликов, С.В.
citation_txt Незнакоопределенные функционалы Ляпунова в задаче об устойчивости функционально-дифференциальных уравнений с конечным запаздыванием / А.С. Андреев, С.В. Павликов // Механика твердого тела: Межвед. сб. науч. тр. — 2004. — Вип. 34. — С. 112-118. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
collection DSpace DC
container_title Механика твердого тела
description В работе предложено развитие метода функционалов Ляпунова в направлении использования знакопостоянных и немонотонных функционалов. Полученные результаты применяются в решении задач о стабилизации положения равновесия математического маятника и стационарных вращательных движений твердого тела с неподвижной точкой управляющими моментами с запаздыванием.
first_indexed 2025-12-07T15:15:33Z
format Article
fulltext ISSN 0321-1975. Ìåõàíèêà òâåðäîãî òåëà. 2004. Âûï. 34 ÓÄÊ 517.929 : 531.36 c©2004. À.Ñ. Àíäðååâ, Ñ.Â. Ïàâëèêîâ ÍÅÇÍÀÊÎÎÏÐÅÄÅËÅÍÍÛÅ ÔÓÍÊÖÈÎÍÀËÛ ËßÏÓÍÎÂÀ  ÇÀÄÀ×Å ÎÁ ÓÑÒÎÉ×ÈÂÎÑÒÈ ÔÓÍÊÖÈÎÍÀËÜÍÎ-ÄÈÔÔÅÐÅÍÖÈÀËÜÍÛÕ ÓÐÀÂÍÅÍÈÉ Ñ ÊÎÍÅ×ÍÛÌ ÇÀÏÀÇÄÛÂÀÍÈÅÌ Â ðàáîòå ïðåäëîæåíî ðàçâèòèå ìåòîäà ôóíêöèîíàëîâ Ëÿïóíîâà â íàïðàâëåíèè èñïîëüçîâàíèÿ çíàêî- ïîñòîÿííûõ è íåìîíîòîííûõ ôóíêöèîíàëîâ. Ïîëó÷åííûå ðåçóëüòàòû ïðèìåíÿþòñÿ â ðåøåíèè çàäà÷ î ñòàáèëèçàöèè ïîëîæåíèÿ ðàâíîâåñèÿ ìàòåìàòè÷åñêîãî ìàÿòíèêà è ñòàöèîíàðíûõ âðàùàòåëüíûõ äâè- æåíèé òâåðäîãî òåëà ñ íåïîäâèæíîé òî÷êîé óïðàâëÿþùèìè ìîìåíòàìè ñ çàïàçäûâàíèåì. 1. Ïðåäåëüíûå óðàâíåíèÿ. Ïóñòü Rp � ëèíåéíîå äåéñòâèòåëüíîå ïðîñòðàíñòâî p − âåêòîðîâ x; x = (x1, x2, ..., xp) ′ ñ íîðìîé |x| ((·)′ � îïåðàöèÿ òðàíñïîíèðîâàíèÿ); h > 0 � äåéñòâèòåëüíîå ÷èñëî, C � áàíàõîâî ïðîñòðàíñòâî íåïðåðûâíûõ ôóíêöèé ϕ : [−h, 0] → Rp ñ íîðìîé ‖ϕ‖ = sup(|ϕ(s)|,−h ≤ s ≤ 0); äëÿ H > 0 ïðîñòðàíñòâî CH = = {ϕ ∈ C : ‖ϕ‖ < H}; åñëè x : R → Rp åñòü íåïðåðûâíàÿ ôóíêöèÿ, òî äëÿ t ∈ R ôóíêöèÿ xt ∈ C îïðåäåëÿåòñÿ ðàâåíñòâîì xt(s) = x(t + s), −h ≤ s ≤ 0; ïîä ẋ(t) ïîíèìàåòñÿ ïðàâîñòîðîííÿÿ ïðîèçâîäíàÿ. Ðàññìàòðèâàåòñÿ ôóíêöèîíàëüíî-äèôôåðåíöèàëüíîå óðàâíåíèå ñ êîíå÷íûì çàïàç- äûâàíèåì ẋ(t) = f(t,xt), f(t,0) ≡ 0, (1) ãäå f : R+ × CH → Rp åñòü íåïðåðûâíàÿ ôóíêöèÿ, óäîâëåòâîðÿþùàÿ óñëîâèÿì [1, 2]: à) îãðàíè÷åíà íà êàæäîì ìíîæåñòâå R+ × C̄L, C̄L = {ϕ : ‖ϕ‖ ≤ L < H}, òî åñòü äëÿ âñåõ (t,ϕ) ∈ R+ × C̄L ñïðàâåäëèâî íåðàâåíñòâî |f(t,ϕ)| ≤ m(L); b) óäîâëåòâîðÿåò óñëîâèþ Ëèïøèöà ïî ϕ íà êàæäîì êîìïàêòíîì ìíîæåñòâå K ⊂ ⊂ CH , òî åñòü äëÿ ëþáûõ t ∈ R+ è ϕ1, ϕ2 ∈ K ñïðàâåäëèâî íåðàâåíñòâî |f(t,ϕ2)− f(t,ϕ1)| ≤ l(K)‖ϕ2 −ϕ1‖; c) ðàâíîìåðíî íåïðåðûâíà íà êàæäîì ìíîæåñòâå R+ × K, ãäå K � ïðîèçâîëüíîå êîìïàêòíîå ìíîæåñòâî èç CH , òî åñòü äëÿ ëþáîãî ÷èñëà ε > 0 ñóùåñòâóåò δ = δ(ε, K) > 0, òàêîå, ÷òî äëÿ âñåõ (t1, ϕ1), (t2, ϕ2) ∈ R+×K, óäîâëåòâîðÿþùèõ óñëîâèÿì |t2−t1| ≤ δ, ‖ϕ2 −ϕ1‖ ≤ δ, âûïîëíÿåòñÿ íåðàâåíñòâî |f(t2, ϕ2)− f(t1, ϕ1)| ≤ ε. Èç ïåðâîãî óñëîâèÿ ñëåäóåò ñãëàæèâàíèå ðåøåíèé óðàâíåíèÿ (1) ïðè âîçðàñòà- íèè t, â ÷àñòíîñòè, åñëè x = x(t, α, ϕ) åñòü ðåøåíèå óðàâíåíèÿ (1), óäîâëåòâîðÿþ- ùåå íà÷àëüíîìó óñëîâèþ xα = ϕ, òî äëÿ çíà÷åíèé t ≥ α + h ôóíêöèÿ xt ∈ Γ, ãäå Γ ⊂ CH åñòü îáúåäèíåíèå ñåìåéñòâà âëîæåííûõ êîìïàêòíûõ ìíîæåñòâ, Γ = ∞⋃ n=1 Kn, K1 ⊂ K2 ⊂ ... ⊂ Kn ⊂ ... [2]. 112 Íåçíàêîîïðåäåëåííûå ôóíêöèîíàëû Ëÿïóíîâà Èç âòîðîãî óñëîâèÿ ñëåäóåò åäèíñòâåííîñòü ðåøåíèÿ x = x(t, α, ϕ) óðàâíåíèÿ (1), óäîâëåòâîðÿþùåãî íà÷àëüíîìó óñëîâèþ xα = ϕ, ïðè ýòîì ýòî ðåøåíèå îïðåäåëåíî íà ìàêñèìàëüíîì èíòåðâàëå [α − h, β), è åñëè β < ∞, òî ‖xt(α, ϕ)‖ → H ïðè t → β, ãäå xt(α, ϕ) = x(t + s, α, ϕ), −h ≤ s ≤ 0 [2]. Èç òðåòüåãî óñëîâèÿ ñëåäóåò ïðåäêîìïàêòíîñòü ñåìåéñòâà ñäâèãîâ Φ = {fτ : fτ (t,ϕ) = = f(τ + t,ϕ), τ ∈ R+} â íåêîòîðîì ïðîñòðàíñòâå F íåïðåðûâíûõ ôóíêöèé, îïðåäåëåí- íûõ íà ìíîæåñòâå R× Γ [2]. Òàêèì îáðàçîì, äëÿ êàæäîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè tn → ∞ ñóùåñòâóþò ïîäïîñëåäî- âàòåëüíîñòü {tnk} è ôóíêöèÿ f∗ ∈ F òàêèå, ÷òî ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ôóíêöèé fk(t,ϕ) = = f(tnk + t,ϕ) ñõîäèòñÿ â F ê ôóíêöèè f∗. Îáîçíà÷èâ ñåìåéñòâî ïðåäåëüíûõ ôóíêöèé êàê Φ∗, îòìåòèì, ÷òî åñëè f∗ ∈ Φ∗, òîãäà f∗(τ + t,ϕ) = f∗τ ∈ Φ∗ äëÿ êàæäîãî τ ∈ R. Óðàâíåíèå ẋ(t) = f∗(t,xt), f∗ ∈ Φ∗, (2) ãäå ôóíêöèÿ f∗ îïðåäåëåíà íà ìíîæåñòâå R × Γ, íàçûâàåòñÿ ïðåäåëüíûì ê óðàâíåíèþ (1) [2]. Çàìåòèì, ÷òî óñëîâèå âèäà b) äëÿ ôóíêöèè f∗ òàêæå âûïîëíÿåòñÿ. Ïîýòîìó äëÿ êàæäîé íà÷àëüíîé òî÷êè (α, ϕ) ∈ R×Γ ðåøåíèå x = x∗(t, α, ϕ) óðàâíåíèÿ (2) ÿâëÿåòñÿ åäèíñòâåííûì. Òàê êàê f∗α ∈ Φ∗ äëÿ êàæäîãî α ∈ R, òî áóäåì äëÿ êàæäîãî óðàâíåíèÿ (2) åãî ðåøåíèÿ îïðåäåëÿòü ïðè α = 0 : x = x∗(t,ϕ) = x∗(t, 0, ϕ). Ïðè îïðåäåëåíèè âçàèìîñâÿçè ðåøåíèé óðàâíåíèÿ (1) è ðåøåíèé óðàâíåíèÿ (2) áóäåì ïîëüçîâàòüñÿ ðåçóëüòàòàìè ðàáîòû [1]. Ïóñòü x = x(t, α, ϕ) � ðåøåíèå, îïðåäåëåííîå äëÿ âñåõ t ≥ α − h, è ω+(α, ϕ) � åãî ïîëîæèòåëüíîå ïðåäåëüíîå ìíîæåñòâî â ïðîñòðàíñòâå C: òî÷êà p ∈ ω+(α, ϕ), åñëè ñóùåñòâóåò ïîñëåäîâàòåëüíîñòü tn → ∞ òàêàÿ, ÷òî x (n) t (α, ϕ) → p ïðè n → ∞, ãäå x (n) t (α, ϕ) = x(tn + s, α, ϕ), −h ≤ s ≤ 0. Ïîñðåäñòâîì ïðåäåëüíûõ óðàâíåíèé (2) îïðåäåëÿåòñÿ ñëåäóþùåå ñâîéñòâî êâàçè- èíâàðèàíòíîñòè ìíîæåñòâà ω+(α, ϕ) [2]. Òåîðåìà 1. Åñëè x = x(t, α, ϕ) åñòü ðåøåíèå óðàâíåíèÿ (1), îïðåäåëåííîå è îãðà- íè÷åííîå, |x(t, α, ϕ)| ≤ H0 < H äëÿ âñåõ t ≥ α − h, òî äëÿ êàæäîé ïðåäåëüíîé òî÷êè p ∈ ω+(α, ϕ) ñóùåñòâóåò ïðåäåëüíîå óðàâíåíèå (2) òàêîå, ÷òî äëÿ åãî ðåøåíèÿ x∗(t, 0,p) âûïîëíÿåòñÿ ñîîòíîøåíèå x∗t (0,p) ∈ ω+(α, ϕ) äëÿ âñåõ t ∈ R. Ýòî ñâîéñòâî, àíàëîãè÷íîå ñâîéñòâó èíâàðèàíòíîñòè ïîëîæèòåëüíîãî ïðåäåëüíî- ãî ìíîæåñòâà ðåøåíèÿ àâòîíîìíîãî óðàâíåíèÿ [1], ïîçâîëèëî îáîñíîâàòü ïðèìåíåíèå ôóíêöèîíàëîâ Ëÿïóíîâà ñî çíàêîïîñòîÿííîé ïðîèçâîäíîé â çàäà÷àõ î ïðåäåëüíîì ïî- âåäåíèè ðåøåíèè íåàâòîíîìíîãî óðàâíåíèÿ (1) [3, 4]. 2. Çíàêîïîñòîÿííûå ôóíêöèîíàëû Ëÿïóíîâà â çàäà÷å îá óñòîé÷èâîñòè íóëåâîãî ðåøåíèÿ óðàâíåíèÿ (1). Ïðåäïîëîæèì, ÷òî ïðàâàÿ ÷àñòü óðàâíåíèÿ (1) òàêîâà, ÷òî f(t,ϕ) → f∗(ϕ) ïðè t → +∞ ðàâíîìåðíî ïî ϕ ∈ K ⊂ CH , ãäå f∗ : CH → Rp åñòü íåêîòîðàÿ íåïðåðûâíàÿ ôóíêöèÿ, òî åñòü äëÿ ëþáîãî êîìïàêòà K ⊂ CH è ïðîèçâîëüíîãî ÷èñëà ε > 0 íàéäåòñÿ ÷èñëî T = T (ε, K) > 0 òàêîå, ÷òî äëÿ âñåõ t ≥ T è ϕ ∈ K âûïîëíÿåòñÿ íåðàâåíñòâî |f(t,ϕ)− f∗(ϕ)| < ε.  ýòîì ñëó÷àå óðàâíåíèå (1) íàçûâàåòñÿ àñèìïòîòè÷åñêè àâòîíîìíûì, è ñåìåéñòâî âñåõ 113 À.Ñ. Àíäðååâ, Ñ.Â. Ïàâëèêîâ ïðåäåëüíûõ óðàâíåíèé (2) ñîñòîèò èç îäíîãî óðàâíåíèÿ ẋ(t) = f∗(xt). (3) Ñîîòâåòñòâåííî òåîðåìà 1 ïðèíèìàåò ñëåäóþùóþ ôîðìó. Òåîðåìà 2. Åñëè x = x(t, α, ϕ) åñòü ðåøåíèå óðàâíåíèÿ (1), îïðåäåëåííîå è îãðà- íè÷åííîå, |x(t, α, ϕ)| ≤ H0 < H äëÿ âñåõ t ≥ α − h, òî äëÿ êàæäîé ïðåäåëüíîé òî÷êè p ∈ ω+(α, ϕ) ðåøåíèå x = x∗(t,p), x∗0 = p óðàâíåíèÿ (3), èñõîäÿùåå èç ýòîé òî÷êè, áóäåò îïðåäåëåíî äëÿ âñåõ t ∈ R è òàêîâî, ÷òî x∗t (p) ∈ ω+(α, ϕ) äëÿ t ∈ R. Èç ýòîãî ñâîéñòâà íà îñíîâàíèè òåîðåì 2.1 è 2.3 ðàáîòû [2] âûâîäèòñÿ ñëåäóþùåå óñëîâèå óñòîé÷èâîñòè íóëåâîãî ðåøåíèÿ óðàâíåíèÿ (1). Òåîðåìà 3. Äëÿ ðàâíîìåðíîé àñèìïòîòè÷åñêîé óñòîé÷èâîñòè íóëåâîãî ðåøåíèÿ óðàâíåíèÿ (1) íåîáõîäèìî è äîñòàòî÷íî, ÷òîáû íóëåâîå ðåøåíèå ïðåäåëüíîãî óðàâíåíèÿ (3) áûëî àñèìïòîòè÷åñêè óñòîé÷èâî. Íåïîñðåäñòâåííî èç ñâîéñòâà íåïðåðûâíîé çàâèñèìîñòè ðåøåíèé óðàâíåíèÿ (1) îò âîçìóùåíèÿ åãî ïðàâîé ÷àñòè èìååì ñëåäóþùèé ðåçóëüòàò. Òåîðåìà 4. Åñëè íóëåâîå ðåøåíèå óðàâíåíèÿ (3) íåóñòîé÷èâî, òî è íóëåâîå ðåøå- íèå óðàâíåíèÿ (1) íåóñòîé÷èâî. Ïóñòü V : R+ × CH → R åñòü íåêîòîðûé íåïðåðûâíûé ôóíêöèîíàë, x = x(t, α, ϕ) � íåêîòîðîå ðåøåíèå óðàâíåíèÿ (1). Ïîñðåäñòâîì ðàâåíñòâà V̇(1)(α, ϕ) = lim sup h→0+ 1 2 (V (α + h,xα+h(α, ϕ))− V (α, ϕ)) ìîæíî îïðåäåëèòü âåðõíþþ ïðàâîñòîðîííþþ ïðîèçâîäíóþ ôóíêöèîíàëà V â òî÷êå (α, ϕ). Àíàëîãè÷íî äëÿ ôóíêöèîíàëà V : CH → R îïðåäåëÿåòñÿ åãî ïðîèçâîäíàÿ V̇(3)(ϕ) îòíîñèòåëüíî óðàâíåíèÿ (3) â òî÷êå ϕ ∈ CH . Îïðåäåëåíèå 1. Ðåøåíèå x = 0 óðàâíåíèÿ (3) óñòîé÷èâî îòíîñèòåëüíî ìíîæåñòâà N ⊂ C0 = {ϕ ∈ C : ‖ϕ‖ < H0, 0 < H0 < H}, åñëè äëÿ ëþáîãî ε > 0 íàéäåòñÿ δ = δ(ε) > 0 òàêîå, ÷òî ðåøåíèå x = x(t,ϕ) ýòîãî óðàâíåíèÿ áóäåò óäîâëåòâîðÿòü íåðàâåíñòâó |x(t,ϕ)| < ε äëÿ âñåõ t ≥ −h è ϕ ∈ {‖ϕ‖ < δ} ⋂ N. Îïðåäåëåíèå 2. Ðåøåíèå x = 0 óðàâíåíèÿ (3) àñèìïòîòè÷åñêè óñòîé÷èâî îòíî- ñèòåëüíî ìíîæåñòâà N ⊂ C0, åñëè îíî óñòîé÷èâî îòíîñèòåëüíî N è ñóùåñòâóåò δ0 > 0 òàêîå, ÷òî äëÿ ëþáîãî ϕ ∈ {‖ϕ‖ < δ0} ⋂ N ðåøåíèå x(t,ϕ) → 0 ïðè t → +∞. Òåîðåìà 5. Ïóñòü äëÿ óðàâíåíèÿ (3) â îáëàñòè C0 ìîæíî íàéòè ôóíêöèîíàë V ∗(ϕ) ≥ 0, V ∗(0) = 0, èìåþùèé ïðîèçâîäíóþ V̇ ∗ (3)(ϕ) ≤ 0, ïðè ýòîì: 1) ðåøåíèå x = 0 óðàâíåíèÿ (3) àñèìïòîòè÷åñêè óñòîé÷èâî îòíîñèòåëüíî ìíîæåñòâà {V ∗(ϕ) = 0}; 2) ìíîæåñòâî {V ∗(ϕ) > 0} ⋂ {V̇ ∗ (3)(ϕ) = 0} íå ñîäåðæèò ðåøåíèé óðàâíåíèÿ (3). Òîãäà ðåøåíèå x = 0 èñõîäíîãî óðàâíåíèÿ (1) ðàâíîìåðíî àñèìïòîòè÷åñêè óñòîé- ÷èâî. Äîêàçàòåëüñòâî òåîðåìû ïðîâîäèòñÿ ñëåäóþùèì îáðàçîì. Èç åå óñëîâèé ñëåäóåò, ÷òî íóëåâîå ðåøåíèå óðàâíåíèÿ (3) àñèìïòîòè÷åñêè óñòîé÷èâî. Íî òîãäà ïî òåîðåìå 3 èìååì èñêîìûé ðåçóëüòàò. Íåêîòîðûì âèäîèçìåíåíèåì äîêàçûâàþòñÿ ñëåäóþùèå äâå òåîðåìû, â êîòîðûõ a : R+ → R+ åñòü ôóíêöèÿ òèïà Õàíà [5]. Òåîðåìà 6. Ïóñòü äëÿ óðàâíåíèÿ (1) â îáëàñòè C0 ìîæíî íàéòè ôóíêöèîíàë V = V (t,ϕ) ≥ 0, V (t,ϕ) ≤ a(‖ϕ‖), èìåþùèé ïðîèçâîäíóþ V̇(1)(t,ϕ) ≤ 0, è òàêîé, ÷òî 114 Íåçíàêîîïðåäåëåííûå ôóíêöèîíàëû Ëÿïóíîâà V (t,ϕ) → V ∗(ϕ) ïðè t → +∞ ðàâíîìåðíî ïî ϕ ∈ K äëÿ êàæäîãî êîìïàêòà K ⊂ C0, ïðè ýòîì äëÿ óðàâíåíèÿ (3) âûïîëíåíî óñëîâèå 1) òåîðåìû 5 îòíîñèòåëüíî ôóíêöèîíàëà V ∗(ϕ). Òîãäà ðåøåíèå x = 0 èñõîäíîãî óðàâíåíèÿ (1) ðàâíîìåðíî óñòîé÷èâî. Òåîðåìà 7. Åñëè â óñëîâèÿõ òåîðåìû 6 äëÿ óðàâíåíèÿ (3) âûïîëíåíî òàêæå óñëî- âèå 2) òåîðåìû 5, òî ðåøåíèå x = 0 èñõîäíîãî óðàâíåíèÿ (1) ðàâíîìåðíî àñèìïòîòè- ÷åñêè óñòîé÷èâî. 3. Íåìîíîòîííûå ôóíêöèîíàëû Ëÿïóíîâà â çàäà÷å îá óñòîé÷èâîñòè. Äëÿ êàæäîãî t ∈ R+ îáîçíà÷èì ÷åðåç {ϕ ∈ C0 : V (t,ϕ) > 0} ìíîæåñòâî òî÷åê ϕ ∈ C0, äëÿ êîòîðûõ ôóíêöèîíàë V (t,ϕ) óäîâëåòâîðÿåò íåðàâåíñòâó V (t,ϕ) > 0. Äîïóñòèì, ÷òî ïðîèçâîäíàÿ V̇(1)(t,ϕ) ôóíêöèîíàëà V (t,ϕ) â ñèëó óðàâíåíèÿ (1) äëÿ çíà÷åíèé (t,ϕ) ∈ R+ × {ϕ ∈ C0 : V (t,ϕ) > 0} óäîâëåòâîðÿåò íåðàâåíñòâó V̇(1)(t,ϕ) ≤ −W (t,ϕ) ≤ 0, ãäå W : R+ × C0 → R+ åñòü íåïðåðûâíûé ôóíêöèîíàë, ÿâëÿþùèéñÿ îãðàíè÷åííûì è ðàâíîìåðíî íåïðåðûâíûì íà ìíîæåñòâå R+ × K ïðè êàæäîì êîìïàêòíîì ìíîæåñòâå K ⊂ C0. Ñåìåéñòâî ñäâèãîâ ΦW = {Wτ (t,ϕ) = W (τ + t,ϕ)}, òàêæå êàê è ñåìåéñòâî Φ, áóäåò ïðåäêîìïàêòíî â íåêîòîðîì ïðîñòðàíñòâå FW ôóíêöèîíàëîâ W : R×Γ0 → R+, Γ0 = = C0 ⋂ Γ. È, òàêèì îáðàçîì, ìîæíî îïðåäåëèòü ñåìåéñòâî ïðåäåëüíûõ ê W ôóíêöèî- íàëîâ {W ∗ ∈ FW : R× Γ0 → R+} è ñåìåéñòâî ïðåäåëüíûõ ïàð (f∗, W ∗) [2]. Îïðåäåëåíèå 3. Ïóñòü (f∗, W ∗) åñòü ïðåäåëüíàÿ ïàðà, îïðåäåëÿåìàÿ ïîñëåäîâà- òåëüíîñòüþ tn → +∞. Çàäàâàåìîå ôóíêöèîíàëîì V äëÿ ëþáûõ t ∈ R è c ∈ R ìíîæåñòâî V −1 ∞ (t, c) îïðåäåëèì êàê ìíîæåñòâî òî÷åê ϕ ∈ Γ0, äëÿ êàæäîé èç êîòîðûõ ñóùåñòâóåò ïîñëåäîâàòåëüíîñòü {ϕn ∈ C0 : ϕn → ϕ} òàêàÿ, ÷òî ïðè n →∞ èìååò ìåñòî ñîîòíîøå- íèå V (tn + t,ϕn) → c.  ÷àñòíîñòè, V −1 ∞ (t, 0) = {ϕ ∈ Γ0 : ∃ϕn → ϕ, V (tn + t,ϕn) → 0 ïðè n →∞}. Òåîðåìà 8. Ïðåäïîëîæèì, ÷òî äëÿ óðàâíåíèÿ (1) â îáëàñòè R+×C0 ìîæíî íàéòè íåïðåðûâíûé ôóíêöèîíàë V = V (t,ϕ), V (t,0) = 0 òàêîé, ÷òî: 1) V (t,ϕ) ≥ a(|ϕ(0)|) äëÿ êàæäîé ôóíêöèè ϕ ∈ C0 òàêîé, ÷òî ‖ϕ‖ = |ϕ(0)|; 2) V̇(1)(t,ϕ) ≤ −W (t,ϕ) ≤ 0 äëÿ (t,ϕ) ∈ R+ × {ϕ ∈ C0 : V (t,ϕ) > 0}; 3) äëÿ êàæäîé ïðåäåëüíîé ïàðû (f∗,W∗) ìíîæåñòâî {V −1 ∞ (t, c) : c = const ≥ ≥ 0} ⋂ [{W ∗(t,ϕ) = 0} íå ñîäåðæàò ðåøåíèé óðàâíåíèÿ (2), êðîìå íóëåâîãî x = 0; 4) ìíîæåñòâî {V −1 ∞ (t, c) : c ≤ 0} íå ñîäåðæèò ðåøåíèé x∗(t,ϕ) ñ íà÷àëüíîé òî÷êîé ϕ ∈ {V −1 ∞ (t, c) : c ≤ 0, ||ϕ|| = |ϕ(0)| > 0}. Òîãäà ðåøåíèå x = 0 óðàâíåíèÿ (1) àñèìïòîòè÷åñêè óñòîé÷èâî. Äîêàçàòåëüñòâî. Óñòîé÷èâîñòü íóëåâîãî ðåøåíèÿ óðàâíåíèÿ (1) â ñèëó óñëîâèé 1) è 2) òåîðåìû äîêàçàíà â ðàáîòå [5]. Ïðè ýòîì, êàê òàì óêàçàíî, îáëàñòü N−(t) = {ϕ ∈ ∈ C0 : V (t,ϕ) ≤ 0} ïîëóèíâàðèàíòíà, òî åñòü åñëè ðåøåíèå x = x(t, α, ϕ) óðàâíåíèÿ (1) ïðè t = β ≥ α îêàæåòñÿ â ýòîé îáëàñòè, xβ(α, ϕ) ∈ N−(β), òîãäà xt(α, ϕ) ∈ N−(t) äëÿ âñåõ t ≥ β. Ïóñòü äëÿ ïðîèçâîëüíîãî α ≥ 0 è íåêîòîðîãî ε0 > 0 ÷èñëî δ0 = δ0(ε0, α) > 0 îïðåäåëÿåòñÿ èç ñâîéñòâà óñòîé÷èâîñòè. Òàêèì îáðàçîì, ðåøåíèå x = x(t, α, ϕ), ϕ ∈ {‖ϕ‖ < δ0} îãðàíè÷åíî, |x(t, α, ϕ)| < ε0 äëÿ âñåõ t ≥ α. Åñëè ýòî ðåøåíèå îñòàåòñÿ â îáëàñòè {V (t,ϕ) > 0} äëÿ âñåõ t ≥ α, òî, ñîãëàñíî òåîðåìå 2.1 èç [3], ñâîéñòâî x(t, α, ϕ) → 0 ïðè t → +∞ ñëåäóåò èç óñëîâèÿ 3) òåîðåìû. 115 À.Ñ. Àíäðååâ, Ñ.Â. Ïàâëèêîâ Èññëåäóåì ïðåäåëüíîå ïîâåäåíèå ðåøåíèÿ x = x(t, α, ϕ) òàêîãî, ÷òî xt(α, ϕ) ∈ ∈ N−(t) äëÿ âñåõ t ≥ β ≥ α. Äëÿ ýòîãî ïîëîæèì µ(γ) = sup(|x(t, α, ϕ)|, t ≥ γ ≥ β). Ýòà ôóíêöèÿ íåâîçðàñòàþùàÿ, µ(γ) ↘ µ0 ≤ µ(β) < ε0 ïðè γ → +∞. Åñëè µ0 = 0, òî ñâîéñòâî x(t, α, ϕ) → 0 ïðè t → +∞ îïÿòü âûïîëíåíî. Äîïóñòèì, ÷òî µ0 > 0. Òîãäà ñóùåñòâóåò ïîñëåäîâàòåëüíîñòü tk → +∞ òàêàÿ, ÷òî lim k→∞ |x(tk, α,ϕ)| = µ0. (4) Èç ïîñëåäîâàòåëüíîñòè tk → +∞ âûáåðåì ïîäïîñëåäîâàòåëüíîñòü tkj → +∞, äëÿ êîòîðîé ìîæíî îïðåäåëèòü ïðåäåëüíîå óðàâíåíèå (2) è ñîîòâåòñòâóþùåå ìíîæåñòâî {V −1 ∞ (t, c), c ≤ 0}.  ñîîòâåòñòâèè ñ òåîðåìîé 1 (ñì. òàêæå [2]) ïîñëåäîâàòåëüíîñòü {xkj (t) = x(tkj + t, α, ϕ)} áóäåò ñõîäèòüñÿ ðàâíîìåðíî ïî t ∈ [−T, T ] äëÿ êàæäîãî ÷èñëà T > 0 ê ðåøåíèþ x∗(t,ϕ∗) óðàâíåíèÿ (2), ãäå ϕ∗ = limj→∞ xtkj (α, ϕ). Î÷åâèäíî, ÷òî ϕ∗ ∈ N−(0), x∗t ∈ N−(t) äëÿ âñåõ t ∈ R. Ïðè ýòîì èç ïðåäïîëîæåíèÿ (4) ñëåäóåò, ÷òî ‖ϕ∗‖ = |ϕ(0)| > 0. Íî ýòî ïðîòèâîðå÷èò óñëîâèþ 4) òåîðåìû. Òàêèì îáðàçîì, äëÿ ðåøåíèÿ x(t, α, ϕ) óðàâíåíèÿ (1) òàêîãî, ÷òî xt ∈ N−(t) äëÿ t ≥ β ≥ α, âîçìîæíî òîëüêî µ0 = 0, ÷òî è äîêàçûâàåò òåîðåìó. Íà îñíîâå ðàñøèðåíèÿ îïðåäåëåíèé 1 è 2 óñòîé÷èâîñòè ðåøåíèÿ x = 0 îòíîñèòåëüíî ðåøåíèé ñåìåéñòâà ïðåäåëüíûõ óðàâíåíèé è ñîîòâåòñòâóþùèõ èì ïðåäåëüíûõ ìíîæåñòâ äîêàçàíà ñëåäóþùàÿ òåîðåìà. Òåîðåìà 9. Ïðåäïîëîæèì, ÷òî äëÿ óðàâíåíèÿ (1) â îáëàñòè R+×C0 ìîæíî íàéòè íåïðåðûâíûé ôóíêöèîíàë V = V (t,ϕ), V (t,0) = 0, |V (t,ϕ)| ≤ a1(‖ϕ‖) äëÿ (t,ϕ) ∈ ∈ R+ × C0 òàêîé, ÷òî: 1) V (t,ϕ) ≥ a2(|ϕ(0)|) äëÿ êàæäîé ôóíêöèè ϕ ∈ C0 òàêîé, ÷òî ‖ϕ‖ = |ϕ(0)|; 2) V̇(1)(t,ϕ) ≤ −W (t,ϕ) ≤ 0 äëÿ (t,ϕ) ∈ R+ × {ϕ ∈ C0 : V (t,ϕ) > 0}; 3) äëÿ êàæäîé ïðåäåëüíîé ïàðû (f∗, W ∗) ìíîæåñòâî {V −1 ∞ (t, c) : c = const > 0} ⋂⋂ {W ∗(t,ϕ) = 0} íå ñîäåðæèò ðåøåíèé x∗(t,ϕ) óðàâíåíèÿ (2); 4) ðåøåíèå x = 0 àñèìïòîòè÷åñêè óñòîé÷èâî îòíîñèòåëüíî ìíîæåñòâà {V −1 ∞ (t, c) : c ≤ 0} ðàâíîìåðíî ïî ñîâîêóïíîñòè ïðåäåëüíûõ óðàâíåíèé (2). Òîãäà ðåøåíèå x = 0 óðàâíåíèÿ (1) ðàâíîìåðíî àñèìïòîòè÷åñêè óñòîé÷èâî. Òåîðåìû 8 è 9 äîïîëíÿþò è ðàçâèâàþò ðåçóëüòàòû ðàáîò [4-6]. 4. Çàäà÷è. Çàäà÷à î ñòàáèëèçàöèè ìàÿòíèêà â âåðõíåì íåóñòîé÷èâîì ïîëîæå- íèè. Ðàññìîòðèì â ëèíåéíîé ïîñòàíîâêå çàäà÷ó î ñòàáèëèçàöèè ìàòåìàòè÷åñêîãî ìàÿò- íèêà â âåðõíåì, íåóñòîé÷èâîì ïîëîæåíèè ðàâíîâåñèÿ ìîìåíòîì, ïðèëîæåííûì ê íåìó íà îñè ïîäâåñà. Ñîãëàñíî [7], óðàâíåíèÿ ëèíåéíîãî ïðèáëèæåíèÿ ìîæíî ïðèâåñòè ê âèäó dx1 dt = x2, dx2 dt = x1 + x3, dx3 dt = u, (5) ãäå x1 = ϕ � óãîë îòêëîíåíèÿ ìàÿòíèêà îò âåðòèêàëè, x2 = ϕ̇, u � óïðàâëÿþùèé ìîìåíò, ïðèëîæåííûé ê ìàÿòíèêó. Äîïóñòèì, ÷òî â ñèñòåìå óïðàâëåíèÿ ìàÿòíèêîì êîîðäèíàòû x1, x2, x3 îïðåäå- ëÿþòñÿ ñ çàïàçäûâàíèåì τ = τ(t), 0 ≤ τ(t) ≤ h; τ(t) åñòü ðàâíîìåðíî íåïðåðûâíàÿ ïî t ∈ R+ ôóíêöèÿ, τ(t) → τ0 ïðè t → +∞. Îïðåäåëèì óïðàâëÿþùèé ìîìåíò u ïîñðåäñòâîì ðàâåíñòâà u = −4x1(t− τ(t)) + x2(t− τ(t))− 3x3(t− τ(t)). (6) 116 Íåçíàêîîïðåäåëåííûå ôóíêöèîíàëû Ëÿïóíîâà Åñëè ôóíêöèîíàë V (ϕ1, ϕ2, ϕ3) îïðåäåëèòü ðàâåíñòâîì V = 4(ϕ1(0) + ϕ2(0))2 + 4(ϕ1(0) + ϕ2(0))ϕ3(0) + 3 2 ϕ2 3(0)+ + 1 16h 0∫ −2h  0∫ s (4(ϕ1(u) + ϕ2(u))2 + ϕ2 3(u))du  ds, òî ìîæíî íàéòè, ÷òî ýòîò ôóíêöèîíàë, ÿâëÿÿñü íåîòðèöàòåëüíûì, èìååò ïðîèçâîäíóþ V̇ (t, ϕ1, ϕ2, ϕ3), â ñèëó (5), (6) óäîâëåòâîðÿþùóþ ïðè h < 1/64 íåðàâåíñòâó V̇ (t, ϕ1, ϕ2, ϕ3) ≤ −W (ϕ1, ϕ2, ϕ3) ≤ 0, ïðè ýòîì ìíîæåñòâî {W = 0} = {V = 0} = {ϕ1, ϕ2, ϕ3 : ϕ1(s) + ϕ2(s) = 0, ϕ3(s) = = 0,−h ≤ s ≤ 0}. Ìîæíî ïîêàçàòü, ÷òî ðåøåíèå x1 = x2 = x3 = 0 ïðåäåëüíîãî óðàâíåíèÿ, ñîâïàäàþùåãî ïî ôîðìå ñ (5), (6) äëÿ τ(t) = τ0, àñèìïòîòè÷åñêè óñòîé÷èâî îòíîñèòåëüíî ìíîæåñòâà {V = 0}. Íà îñíîâàíèè òåîðåìû 7 ìîæíî óòâåðæäàòü, ÷òî íóëåâîå ïîëîæåíèå ñèñòåìû (5) ïðè óïðàâëÿþùåì ìîìåíòå (6) áóäåò ãëîáàëüíî ðàâíî- ìåðíî àñèìïòîòè÷åñêè óñòîé÷èâî. Çàäà÷à î ñòàáèëèçàöèè âðàùàòåëüíîãî äâèæåíèÿ òâåðäîãî òåëà. Ïóñòü äëÿ òåëà ñ íåïîäâèæíîé òî÷êîé O ìîìåíòû èíåðöèè îòíîñèòåëüíî ãëàâíûõ îñåé Ox, Oy è Oz åñòü A, B è C, à p, q, r åñòü ïðîåêöèè óãëîâîé ñêîðîñòè íà ýòè îñè. Ïðè îòñóòñòâèè âíåøíèõ ñèë òåëî ìîæåò ñîâåðøàòü ñòàöèîíàðíîå âðàùàòåëüíîå äâèæåíèå âèäà p = q = 0, r = r0 = const > 0. (7) Äëÿ ðåøåíèÿ çàäà÷è î ñòàáèëèçàöèè ýòîãî äâèæåíèÿ óïðàâëÿþùèìè ìîìåíòàìè M1, M2, M3 ñîñòàâèì óðàâíåíèÿ âîçìóùåííîãî äâèæåíèÿ Aẋ1 = (B − C)x2(r0 + x3) + M1, Bẋ2 = (C − A)(r0 + x3)x1 + M2, Cẋ3 = (A−B)x1x2 + M3, (8) ãäå x1 = p, x2 = q, x3 = r − r0. Äîïóñòèì, ÷òî â ñèñòåìå óïðàâëåíèÿ òåëîì êîîðäèíàòû x1, x2 è x3 îïðåäåëÿþòñÿ ñ çàïàçäûâàíèÿìè τ1(t), τ2(t) è τ3(t), 0 ≤ τk(t) ≤ h > 0. Ïðèìåíåíèå òåîðåì 8 è 9 äëÿ ðåøåíèÿ çàäà÷è î ñòàáèëèçàöèè äâèæåíèÿ (7) ìîìåí- òàìè M1 = −b1x1(t− τ1(t)), M2 = −b1x2(t− τ2(t)), M3 = −b2x3(t− τ3(t)) (9) ïîçâîëÿåò åå ðàçäåëèòü íà äâå çàäà÷è: î ñòàáèëèçàöèè ïî x1 è x2 íà îñíîâå ïåðâûõ äâóõ óðàâíåíèé ñèñòåìû (8); îá àñèìïòîòè÷åñêîé óñòîé÷èâîñòè ïî x3 íà îñíîâå òðåòüåãî óðàâíåíèÿ ïðè x1 = x2 = 0. Ðàññìîòðåííûå çàäà÷è ìîãóò áûòü ðåøåíû ïðè óñëîâèè A ≥ B > C (èëè A ≤ B < < C) ñ ïðèìåíåíèåì çíàêîïîñòîÿííûõ ôóíêöèîíàëîâ V1(ϕ1, ϕ2) = 1 2 A(C − A)ϕ2 1(0) + 1 2 B(B − C)ϕ2 2(0)+ +µ1 −h∫ −2h ( 0∫ s ϕ2 1(ν)dν ) ds + µ2 −h∫ −2h ( 0∫ s ϕ2 2(ν)dν ) ds, 117 À.Ñ. Àíäðååâ, Ñ.Â. Ïàâëèêîâ µ1 = b1r0(B − C)(C − A) 2A + b2 1(C − A) 2A , µ2 = b1r0(B − C)(C − A) 2B + b2 1(B − C) 2B ; V2(ϕ3) = 1 2 Cϕ2 3(0) + b2 2 2C −h∫ −2h  0∫ s ϕ2 3(ν)dν  ds, èìåþùèõ çíàêîïîñòîÿííûå ïðîèçâîäíûå ïðîòèâîïîëîæíîãî çíàêà ïðè çíà÷åíèÿõ êîýô- ôèöèåíòîâ óñèëåíèÿ b1 è b2 òàêèõ, ÷òî 0 < hb1 < B − (C − A)r0h, 0 < hb2 < C. (10) Ïî òåîðåìå 9 âûâîäèì, ÷òî âðàùåíèå (7) âîêðóã íàèáîëüøåé è íàèìåíüøåé îñåé èíåðöèè ïîä äåéñòâèåì ìîìåíòîâ (9) ñ êîýôôèöèåíòàìè óñèëåíèÿ, óäîâëåòâîðÿþùèìè óñëîâèÿì (10), ðàâíîìåðíî àñèìïòîòè÷åñêè óñòîé÷èâî. Ðàáîòà âûïîëíåíà ïðè ôèíàíñîâîé ïîääåðæêå ÐÔÔÈ (ïðîåêò � 02-01-00877), ïðî- ãðàììû "Óíèâåðñèòåòû Ðîññèè"(ïðîåêò ÓÐ-04.01.053) è â ðàìêàõ ïðîãðàììû "Ãîñóäàð- ñòâåííàÿ ïîääåðæêà âåäóùèõ íàó÷íûõ øêîë"(ÍØ-2000.2003.1). 1. Õåéë Äæ. Òåîðèÿ ôóíêöèîíàëüíî-äèôôåðåíöèàëüíûõ óðàâíåíèé. � Ì.: Ìèð, 1984. � 421 ñ. 2. Àíäðååâ À.Ñ., Õóñàíîâ Ä.Õ. Ïðåäåëüíûå óðàâíåíèÿ â çàäà÷å îá óñòîé÷èâîñòè ôóíêöèîíàëüíî- äèôôåðåíöèàëüíîãî óðàâíåíèÿ // Äèô. óðàâíåíèÿ. � 1998. � 34, � 4. � Ñ.435-440. 3. Àíäðååâ À.Ñ., Õóñàíîâ Ä.Õ. Ê ìåòîäó ôóíêöèîíàëîâ Ëÿïóíîâà â çàäà÷å îá óñòîé÷èâîñòè è íåóñòîé- ÷èâîñòè // Òàì æå. � 1998. � 34, � 7. � Ñ.876-885. 4. Andreev A., Khusanov D. On asymptotic stability and nonstability functional-di�erential equations with periodic right side // Nonlinear oscillations. � 2001. � 4, � 3. � P.290-298. 5. Ãàéøóí È.Â., Êíÿæèùå Ë.Á. Íåìîíîòîííûå ôóíêöèîíàëû Ëÿïóíîâà. Óñëîâèÿ óñòîé÷èâîñòè óðàâ- íåíèé ñ çàïàçäûâàíèåì // Äèô. óðàâíåíèÿ. � 1994. � 38, � 3. � Ñ.5-8. 6. Êíÿæèùå Ë.Á., Ùàâåëü Í.À. Íåìîíîòîííûå ôóíêöèîíàëû Ëÿïóíîâà è îöåíêè ðåøåíèé äèôôå- ðåíöèàëüíûõ óðàâíåíèé ñ çàïàçäûâàíèåì // Òàì æå. � 1997. � 33, � 2. � Ñ.205-211. 7. Êðàñîâñêèé Í.Í. Ïðîáëåìû ñòàáèëèçàöèè óïðàâëÿåìûõ äâèæåíèé //  êí.: Ìàëêèí È.Ã. Òåîðèÿ óñòîé÷èâîñòè äâèæåíèÿ. Äîïîëíåíèå 4. � Ì.: Íàóêà, 1966. � Ñ.475-515. Óëüÿíîâñêèé ãîñ. óí-ò, Ðîññèÿ AndreevAS@ulsu.ru Ïîëó÷åíî 19.06.04 118
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-123746
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 0321-1975
language Russian
last_indexed 2025-12-07T15:15:33Z
publishDate 2004
publisher Інститут прикладної математики і механіки НАН України
record_format dspace
spelling Андреев, А.С.
Павликов, С.В.
2017-09-09T09:46:56Z
2017-09-09T09:46:56Z
2004
Незнакоопределенные функционалы Ляпунова в задаче об устойчивости функционально-дифференциальных уравнений с конечным запаздыванием / А.С. Андреев, С.В. Павликов // Механика твердого тела: Межвед. сб. науч. тр. — 2004. — Вип. 34. — С. 112-118. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
0321-1975
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/123746
517.929 : 531.36
В работе предложено развитие метода функционалов Ляпунова в направлении использования знакопостоянных и немонотонных функционалов. Полученные результаты применяются в решении задач о стабилизации положения равновесия математического маятника и стационарных вращательных движений твердого тела с неподвижной точкой управляющими моментами с запаздыванием.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 02-01-00877), программы "Университеты России" (проект УР-04.01.053) и в рамках программы "Государственная поддержка ведущих научных школ" (НШ-2000.2003.1).
ru
Інститут прикладної математики і механіки НАН України
Механика твердого тела
Незнакоопределенные функционалы Ляпунова в задаче об устойчивости функционально-дифференциальных уравнений с конечным запаздыванием
Article
published earlier
spellingShingle Незнакоопределенные функционалы Ляпунова в задаче об устойчивости функционально-дифференциальных уравнений с конечным запаздыванием
Андреев, А.С.
Павликов, С.В.
title Незнакоопределенные функционалы Ляпунова в задаче об устойчивости функционально-дифференциальных уравнений с конечным запаздыванием
title_full Незнакоопределенные функционалы Ляпунова в задаче об устойчивости функционально-дифференциальных уравнений с конечным запаздыванием
title_fullStr Незнакоопределенные функционалы Ляпунова в задаче об устойчивости функционально-дифференциальных уравнений с конечным запаздыванием
title_full_unstemmed Незнакоопределенные функционалы Ляпунова в задаче об устойчивости функционально-дифференциальных уравнений с конечным запаздыванием
title_short Незнакоопределенные функционалы Ляпунова в задаче об устойчивости функционально-дифференциальных уравнений с конечным запаздыванием
title_sort незнакоопределенные функционалы ляпунова в задаче об устойчивости функционально-дифференциальных уравнений с конечным запаздыванием
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/123746
work_keys_str_mv AT andreevas neznakoopredelennyefunkcionalylâpunovavzadačeobustoičivostifunkcionalʹnodifferencialʹnyhuravneniiskonečnymzapazdyvaniem
AT pavlikovsv neznakoopredelennyefunkcionalylâpunovavzadačeobustoičivostifunkcionalʹnodifferencialʹnyhuravneniiskonečnymzapazdyvaniem