比較原理

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比較原理(Comparison Principle)是通過比較微分方程右端直接判斷系統穩定性的一種原理。描述系統動力學特性的微分方程之右端是一個函式,由該函式值的大小可判定方程解的大小,從而可用於判別系統運動的有界性和穩定性。

微分方程的比較原理

考慮微分方程

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式中 ; ( 為 中包含原點的某區域)為連續函式。

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由微分方程解的存在性定理知,任取 ,存在方程 的解 滿足 ,記為 ,並稱其為過點 的解。但一般 不是唯一的,這些解或者在整個區間 上存在,或者於某個有限時間 離開 的定義域。如果對向量 ,用 表示 ,則有以下右行最大解的定義。

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定義:設 是方程 的在區間 上有定義且過點 的解,若對此方程的任一個在區間 上有定義且過點 的解 均有

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則稱 是方程 在區間 上過點 的右行最大解。

關於右行最大解的存在性,有以下定義。

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定義:若定義在 上的一個向量函式 的每個分量 均滿足:當任意兩向量 和 滿足 且 時,不等式 均成立,則稱 是對 擬單調不減的。

比較原理在穩定性分析中的套用

研究系統

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式中 ; ; ( 為 中包含原點的某區域)連續,滿足解的右邊整體存在唯一性條件且有 。當研究漸近穩定性時,設 是系統 的孤立平衡點;當研究全局穩定性時,設 是系統 的唯一平衡點。

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利用比較原理可將判定 維系統 零解穩定性的問題轉化為判定一 維比較方程零解的穩定性問題。

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定理:對於系統 ,若存在向量函式 滿足:

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1、 ;

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2、 各分量均連續,對 滿足局部的 條件,且 在 中正定。

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