李雅普诺夫方法在非线性系统中的应用

  1. 非线性系统的稳定性可能只有局部性质,
  2. 李雅普诺夫第二法只能给出非线性系统渐近稳定的充分条件,而非必要条件,求解较为简单,如果无法找到李雅普诺夫函数才使用下述方法。

一、雅可比矩阵法/克拉索夫斯基法

理论基础:雅可比矩阵,寻找线性系统李雅普诺夫函数的推广方法。

x˙=f(x)J(x)=f(x)x=(f1x1f1x2f1xnf2x1f2x2f2xnfmx1fmx2fmxn)

原点渐近稳定充分条件是:对于任意给定的实对称矩阵 P,使得
矩阵 Q(x)=[JT(x)P+PJ(x)] 为正定矩阵
李雅普诺夫函数: V(x)=fT(x)Pf(x)

实际计算一般设 P=IQ>0 则系统在平衡点处渐近稳定

Q(x)=[JT(x)+J(x)]>0V(x)=fT(x)f(x)(||x||)

则进一步有大范围渐近稳定

二、变量梯度法/舒茨-基布逊法

理论基础:梯度 旋度

V=Vx=(Vx1Vx2Vxn)=gradV(x)V˙(x)=(Vx1,Vx2,,Vxn)(x˙1x˙2x˙n)=[V]Tx˙V(x)=0x(V)Tdx=0x1(x2==xn=0)V1dx1+0x2(x1=x1,x3==xn=0)V2dx2++0xn(x1=x1,,xn1=xn1)Vndxn