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题目:多项式动力系统渐近稳定性分析

关键词:渐近稳定性,多项式动力系统,实根分类,李雅普诺夫稳定性理论

  摘要



  动力系统在交通运输、航空调度、工程技术等诸多领域具有十分广泛的应用背景,特别是工程、力学、物理等领域存在大量动力系统模型,近几十年来是一大研究热点。而稳定性是动力系统最基本也是最重要的性能之一,是对动力系统进行分析要首先考虑的问题。

  本文的研究对象是含有参数的多项式动力系统,目标是得到一个基于Lyapunov方程的方法,该方法通过实根分类算法,计算系统具有给定个数的平衡点时,参数需要满足的充分条件。首先本文概括了动力系统、稳定性、计算工具等几个方面的概念和要点,列举了最新的研究成果,以及在下文中需要用到的理论。然后提出了基于Lyapunov方程的多项式动力系统渐近稳定性的分析方法,并给出方法的详细证明和计算步骤。该方法分为线性化,构造关于平衡点的半代数系统,基于实根分类算法求解这三个主要步骤,其中半代数系统包括平衡点方程、Lyapunov方程和矩阵的正定性检验不等式三部分,计算得到的结果是由参数构成的一系列解析不等式,即为原系统有给定个数的渐近稳定平衡点时,参数需要满足的充分条件。此方法同样能应用于计算给定平衡点渐近稳定时,参数需要满足的充分条件。最后,我们在实例验证部分用4个例子验证本文方法的可行性,并同时通过基于赫维茨判据的方法进行计算,并对两种方法进行比较。结果显示本方法应用在低维多项式系统是可行的,并且有简单且易于操作的步骤,与符号计算相结合使得结果准确可靠,这给多项式动力系统的渐近稳定性分析提供了一种新的思路。