李雅普诺夫稳定性理论的理解

   由于李雅普诺夫第一方法需要求解才能判断系统的稳定性,而大多数情况下,这个解是很难求出来的,所以便有了李雅普诺夫第二法(直接法)。
   首先举个例子来说明直接法的基本思想。下图中小球B出在各曲面不同位置时收到微小扰动后的两种运动趋势。
(a)小球受扰后会离开B点,而不会返回B点
(b)小球受扰后,作等幅周期震荡(曲面无摩擦),或作衰减震荡(曲面有摩擦)。
李雅普诺夫稳定性理论的理解_第1张图片李雅普诺夫稳定性理论的理解_第2张图片    (1)小球在(a)中平衡点很容易失去,小球不再回来,因此称该平衡点是不稳定的,该力学系统的稳定性是不好的;而小球在(b)中的平衡点却不会失去,小球作衰减振荡,最终会停在原来的平衡状态,因此称该平衡点是稳定的,该力学系统的稳定性是好的。
   (2)受到微小扰动后,小球两种运动趋势不同,(a)中小球离开平衡点,动能是增加的,而(b)中小球离开平衡点,小球作衰减振荡,动能是不断减少的,最终动能会变为零。
   以上可总结为:从实际系统的运动可以看出,一个系统如果具有一定的初始能量,若这个系统的能量随时间推移而不断衰减,那么系统迟早会运动到平衡状态。
   但实际上寻求系统的能量函数是非常困难的。因此李雅普诺夫提出了一个相似于能量的标量函数,可以理解为“广义能量”
   V(x,t)
它是一个标量函数,考虑到能量总大于零,故V(x,t)为一个正定函数。其能量衰减特性用V̇(x,t)表征。利用V及V̇的符号特征,直接对平衡状态稳定性作出判断,无需求出动态方程的解。

对于标量函数的正定性是指V(x)在域S中对所有非零状态有V(x) > 0,且V(0)=0,则称V(x)在S域内正定,例如
在这里插入图片描述负定性即指V(x)在域S中对所有非零状态有V(x)<0,且V(0)=0,则称V(x)在S域内负定。例如
在这里插入图片描述
以上就是在学习李雅普诺夫定理时做的一点点总结,如有不完善之处还请大家不吝赐教。(ps:写完之后最大感受就是csdn的编辑器写公式也太麻烦了吧)

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