Устойчивость линейных систем обыкновенных дифференциальных уравнений с кусочно-постоянными коэффициентами

Одержанi новi достатнi умови асимптотичної стiйкостi лiнiйних неперiодичних систем диференцiальних рiвнянь з кусково-постiйними коефiцiєнтами. A system of ordinary differential equations with piecewise constant coefficients is investigated. The conditions for the asymptotic stability of such a syste...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Date:2009
Main Authors: Бабенко, С.В., Двирный, А.И.
Format: Article
Language:Russian
Published: Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2009
Subjects:
Online Access:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7898
Tags: Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:Устойчивость линейных систем обыкновенных дифференциальных уравнений с кусочно-постоянными коэффициентами / С.В. Бабенко, А.И. Двирный // Доп. НАН України. — 2009. — № 2. — С. 7-10. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1859693862798229504
author Бабенко, С.В.
Двирный, А.И.
author_facet Бабенко, С.В.
Двирный, А.И.
citation_txt Устойчивость линейных систем обыкновенных дифференциальных уравнений с кусочно-постоянными коэффициентами / С.В. Бабенко, А.И. Двирный // Доп. НАН України. — 2009. — № 2. — С. 7-10. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
collection DSpace DC
description Одержанi новi достатнi умови асимптотичної стiйкостi лiнiйних неперiодичних систем диференцiальних рiвнянь з кусково-постiйними коефiцiєнтами. A system of ordinary differential equations with piecewise constant coefficients is investigated. The conditions for the asymptotic stability of such a system are established.
first_indexed 2025-12-01T00:15:38Z
format Article
fulltext оповiдi НАЦIОНАЛЬНОЇ АКАДЕМIЇ НАУК УКРАЇНИ 2 • 2009 МАТЕМАТИКА УДК 531.36 © 2009 С.В. Бабенко, А.И. Двирный Устойчивость линейных систем обыкновенных дифференциальных уравнений с кусочно-постоянными коэффициентами (Представлено членом-корреспондентом НАН Украины А.А. Мартынюком) Одержанi новi достатнi умови асимптотичної стiйкостi лiнiйних неперiодичних сис- тем диференцiальних рiвнянь з кусково-постiйними коефiцiєнтами. В данной работе приведены некоторые результаты, позволяющие свести задачу об устой- чивости линейной системы дифференциальных уравнений с кусочно-постоянными коэффи- циентами к вопросу о совместимости некоторой системы линейных матричных неравенств. Метод линейных матричных неравенств является достаточно разработанным методом ис- следования в теории устойчивости. Его преимущество состоит в том, что он численно реа- лизован в пакете прикладных программ MATLAB. Рассматривается линейная система обыкновенных дифференциальных уравнений ви- да [1] dx dt = Aσ(t)x, x(t0) = x0, (1) где x ∈ R n; t > t0; Aσ(t) — кусочно-постоянная матрица, σ(t) = j — кусочно-постоянная функция, принимающая последовательно значения из конечного множества {1, 2, . . . , r}. Введем отображение X : R n → K ⊂ E , где K — конус симметричных положительно полуопределенных матриц, т. е. K = {H ∈ E , ξT Hξ > 0, ξ ∈ R n}, E — пространство симметричных n × n матриц, X(t) = xxT . Известно [2–4], что это отображение сохраняет устойчивость и переводит линейную систему уравнений (1) в матричную систему уравнений dX dt = AjX + XAT j , X(t0) = X0 ∈ K, (2) позитивную относительно конуса K. ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2009, №2 7 Введем линейные операторы Pj : E → E , PjX = AjX + XAT j , j = 1, r, G : E → E , GX = (tr X)I, и систему (2) представим в виде dX dt = PjX, X(t0) = X0 ∈ K. (3) Определим линейный оператор монодромии Ψ = r ∏ j=1 ePr−(j−1)θr−(j−1)+γr−(j−1)G(θr−(j−1)−θr−(j−1)), где θj , θj — супремум и инфимум соответственно длин промежутков постоянства функции σ(t), на которых она принимает значения, равные j; γj — константа позитивности операто- ра Pj относительно конуса K, т. е. неотрицательная константа, для которой P ′ jK ⊂ K, где P ′ j = Pj + γjG [5]. Справедливо следующее утверждение. Теорема. Если существует положительно определенная матрица X ∈ K такая, что ΨX K < X, то линейная дифференциальная система (1) асимптотически устойчива. Доказательство. Пусть [τi,j−1; τi,j) — промежутки постоянства функции σ(t), на ко- торых она принимает значения, равные j (j = 1, 2, . . . , r), i ∈ N. При этом будем счи- тать, что τi,r = τi+1,0. Тогда существует l ∈ N (l 6 r) и существует n ∈ N такие, что t ∈ [τn+1,l−1; τn+1,l). Известно, что решение уравнения (3) может быть представлено в виде X(t) = Ω(t, t0)X0, t > t0, (4) где Ω(t, t0) — матрицант системы (3) [6]. Используя свойство матрицанта, приходим к равенству Ω(t, t0) = Ω(t, τn+1,l−1)Ω(τn+1,l−1, τn+1,l−2) · · ·Ω(τn+1,1, τn,r) · · ·Ω(τn,r, τn,r−1) × × Ω(τn,r−1, τn,r−2) · · ·Ω(τn,1, τn−1,r) · · ·Ω(τ1,r, τ1,r−1)Ω(τ1,r−1, τ1,r−2) · · · × × Ω(τ1,1, τ1,0) = ePl(t−τn+1,l−1)ePl−1(τn+1,l−1−τn+1,l−2) · · · eP1(τn+1,1−τn,r) × × ePr(τn,r−τn,r−1)ePr−1(τn,r−1−τn,r−2) · · · eP1(τn,1−τn−1,r) · · · ePr(τ1,r−τ1,r−1) × × ePr−1(τ1,r−1−τ1,r−2) · · · eP1(τ1,1−τ1,0). Учитывая неравенство Pj(τj,i − τj,i−1) K 6 Pjθj + γjG(θj − θj) и свойство квазимонотонности оператора Pj [7], для матрицанта Ω(t, t0) получаем оценку Ω(t, t0) 6 ePl(t−τn+1,l−1) l−1 ∏ j=1 ePl−jθl−j+γl−jG(θl−j−θl−j) ( r−1 ∏ j=0 ePr−jθr−j+γr−jG(θr−j−θr−j) )n = = ePl(t−τn+1,l−1) l−1 ∏ j=1 ePl−jθl−j+γl−jG(θl−j−θl−j)Ψn. 8 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2009, №2 Таким образом, ввиду (4) приходим к следующему результату: X(t) 6 ePl(t−τn+1,l−1) l−1 ∏ j=1 ePl−jθl−j+γl−jG(θl−j−θl−j)ΨnX0. (5) По условию X K > 0 — положительно определенная матрица, удовлетворяющая нера- венству ΨX K < X. Тогда оператор Ψ является y-дихотомическим, т. е. 1∈σ(Ψ), (6) где σ(Ψ) — спектр оператора Ψ. Построим последовательность 0 < · · · < ΨnX < Ψn−1X < · · · < Ψ2X < ΨX < X. Для данной последовательности существует X ∈ K такая, что lim n→∞ ΨnX = X. Тогда lim n→∞ ΨnX = lim n→∞ Ψ(Ψn−1X) = Ψ lim n→∞ Ψn−1X = ΨX = X . Допустим, что X 6= 0, тогда X — собственный вектор оператора Ψ и λ = 1 — собственное значение оператора Ψ, соот- ветствующее собственному вектору X , что противоречит соотношению (6). Следовательно, приходим к выводу, что X = 0, т. е. lim n→∞ ΨnX = 0. (7) Пусть Y ∈ intK. Для элемента Y введем к рассмотрению X-норму [5]: ‖Y ‖X = inf{β | −βX 6 Y 6 βX}, β > 0. Предположим, что матрица Y принадлежит ε-окрестности X (ε > 0), т. е. Y 6 (‖Y ‖X +ε)X. Тогда lim n→∞ ΨnY 6 lim n→∞ (Ψn(‖Y ‖X + ε)X) = lim n→∞ ((‖Y ‖X + ε)ΨnX) = = (‖Y ‖X + ε) lim n→∞ ΨnX. Ввиду соотношения (7) имеем lim n→∞ ΨnY = 0. Таким образом, осуществив переход к пределу при n → ∞ в оценке (5), получаем, что X(t) → 0, когда t → ∞: 0 6 lim t→∞ X(t) 6 lim t→∞ ePl(t−τn+1,l−1) l−1 ∏ j=1 ePl−jθl−j+γl−jG(θl−j−θl−j)ΨnX0 6 6 lim n→∞ ePlθl l−1 ∏ j=1 ePl−jθl−j+γl−jG(θl−j−θl−j)ΨnX0 = = ePlθl l−1 ∏ j=1 ePl−jθl−j+γl−jG(θl−j−θl−j) lim n→∞ ΨnX0 = 0. ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2009, №2 9 Т. е. дифференциальная система уравнений (1) асимптотически устойчива. Теорема дока- зана. 1. Zhai G., Hu Bo, Yasuda K., Michel A. Piecewise Lyapunov functions for switched systems with average dwell time // Asian J. Control. – 2000. – 2, No 3. – P. 192–197. 2. Груйич Л.Т., Мартынюк А.А., Риббенс-Павелла М. Устойчивость крупномасштабных систем при структурных и сингулярных возмущениях. – Киев: Наук. думка, 1984. – 308 с. 3. Постников Н.С., Сабаев Е.Ф. Матричные системы сравнения и их приложения к задачам автома- тического регулирования // Автоматика и телемеханика. – 1981. – 42, № 3. – С. 24–34. 4. Michel A.N., Wang K., Hu B. Qualitative theory of dynamical systems. – New York: Marcel Dekker, 2001. – 707 p. 5. Красносельский М.А., Лифшиц Е.А., Соболев В.И. Позитивные линейные системы. – Москва: Наука, 1985. – 256 с. 6. Демидович Б.П. Лекции по математической теории устойчивости. – Москва: Наука, 1967. – 472 с. 7. Двирный А.И., Слынько В.И. Об устойчивости линейных импульсных систем относительно конуса // Доп. НАН України. – 2004. – № 4. – С. 42–48. Поступило в редакцию 15.07.2008Академия пожарной безопасности им. Героев Чернобыля, Черкассы S.V. Babenko, A. I. Dvirny The stability of linear systems of ordinary differential equations with piecewise constant coefficients A system of ordinary differential equations with piecewise constant coefficients is investigated. The conditions for the asymptotic stability of such a system are established. 10 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2009, №2
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-7898
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 1025-6415
language Russian
last_indexed 2025-12-01T00:15:38Z
publishDate 2009
publisher Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
record_format dspace
spelling Бабенко, С.В.
Двирный, А.И.
2010-04-22T13:21:33Z
2010-04-22T13:21:33Z
2009
Устойчивость линейных систем обыкновенных дифференциальных уравнений с кусочно-постоянными коэффициентами / С.В. Бабенко, А.И. Двирный // Доп. НАН України. — 2009. — № 2. — С. 7-10. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
1025-6415
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7898
531.36
Одержанi новi достатнi умови асимптотичної стiйкостi лiнiйних неперiодичних систем диференцiальних рiвнянь з кусково-постiйними коефiцiєнтами.
A system of ordinary differential equations with piecewise constant coefficients is investigated. The conditions for the asymptotic stability of such a system are established.
ru
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
Математика
Устойчивость линейных систем обыкновенных дифференциальных уравнений с кусочно-постоянными коэффициентами
The stability of linear systems of ordinary differential equations with piecewise constant coefficients
Article
published earlier
spellingShingle Устойчивость линейных систем обыкновенных дифференциальных уравнений с кусочно-постоянными коэффициентами
Бабенко, С.В.
Двирный, А.И.
Математика
title Устойчивость линейных систем обыкновенных дифференциальных уравнений с кусочно-постоянными коэффициентами
title_alt The stability of linear systems of ordinary differential equations with piecewise constant coefficients
title_full Устойчивость линейных систем обыкновенных дифференциальных уравнений с кусочно-постоянными коэффициентами
title_fullStr Устойчивость линейных систем обыкновенных дифференциальных уравнений с кусочно-постоянными коэффициентами
title_full_unstemmed Устойчивость линейных систем обыкновенных дифференциальных уравнений с кусочно-постоянными коэффициентами
title_short Устойчивость линейных систем обыкновенных дифференциальных уравнений с кусочно-постоянными коэффициентами
title_sort устойчивость линейных систем обыкновенных дифференциальных уравнений с кусочно-постоянными коэффициентами
topic Математика
topic_facet Математика
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7898
work_keys_str_mv AT babenkosv ustoičivostʹlineinyhsistemobyknovennyhdifferencialʹnyhuravneniiskusočnopostoânnymikoéfficientami
AT dvirnyiai ustoičivostʹlineinyhsistemobyknovennyhdifferencialʹnyhuravneniiskusočnopostoânnymikoéfficientami
AT babenkosv thestabilityoflinearsystemsofordinarydifferentialequationswithpiecewiseconstantcoefficients
AT dvirnyiai thestabilityoflinearsystemsofordinarydifferentialequationswithpiecewiseconstantcoefficients