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克拉索夫斯基方法

克拉索夫斯基方法是一種用於判定非線性控制系統穩定性的方法,它基於構造李雅普諾夫函式。該方法的核心在於找到一個正定對稱常數矩陣P,使得一個特定的矩陣F(x)對所有x都是負定的。若且唯若F(x)對所有x都是負定時,非線性系統在原點漸近穩定。在這種情況下,對應的李雅普諾夫函式V(x)=fTPf是正定的,其中f是系統的狀態向量,T是轉置運算符,P是找到的正定對稱常數矩陣。

克拉索夫斯基方法的推導過程如下:

考慮一個非線性系統,其狀態向量x遵循方程x=f(x),其中f具有連續的一階偏導數,並且f(0)=0。

設J(x)為f的雅可比矩陣。

令P是一個正定對稱常數矩陣。

如果存在這樣的P,使得F(x)=JT(x)P+PJ(x)對所有x都是負定的,那麼非線性系統在原點漸近穩定。

在這種情況下,李雅普諾夫函式V(x)=fTPf是正定的。

例如,如果要判定一個特定系統的穩定性,可以取P=I(單位矩陣),得到F(x)是負定的。由於V(x)是正定的,根據克拉索夫斯基方法,原點(平衡狀態)是漸近穩定的。此外,當x的範數趨向無窮大時,V(x)=fTPf也趨向無窮大,這表明平衡狀態x=0是在大範圍內漸近穩定的。