矩阵指数函数
一、线性定常齐次状态方程
当初始时刻为 ,初始状态 时,矩阵微分方程的解为:
1. 化为约旦标准型
求解核心:利用状态向量的线性变换将系统矩阵化为标准型,再结合特殊矩阵的指数函数
计算出特征值:
- 特征值无重根:
- 特征值有重根:
2. 拉普拉斯变换
求解的核心:计算逆矩阵,分解因式进行拉普拉斯逆变换,求得时间域上的解。
由拉普拉斯变换得到:
对比矩阵指数得到:
3. 凯莱哈密顿定理
求解核心:将矩阵指数表达为 及 以下幂次的线性组合,记住系数的计算公式
计算出特征值:
由凯莱-哈密顿定理得到:
如果特征值均不相等
范德蒙德矩阵的转置的逆
如果特征值均相等
二、线性定常非齐次状态方程的解
当初始时刻为 ,初始状态 时,线性非齐次状态方程的解由两部分组成:
经典输入信号
- 脉冲响应:
- 阶跃响应:
斜坡响应: