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Kalman–Yakubovich–Popov引理
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'''Kalman–Yakubovich–Popov引理'''(Kalman–Yakubovich–Popov lemma)是{{link-en|系統分析|system analysis}}及[[控制理论]]的結果,其中提到:給定一數<math>\gamma > 0</math>,二個n維向量B, C,及n x n的[[赫維茲矩陣|赫維茲穩定矩陣]] A(所有特徵值的實部都為負值),若<math>(A,B)</math>具有完全[[可控制性]],則滿足下式的對稱矩陣P和向量Q :<math>A^T P + P A = -Q Q^T</math> :<math> P B-C = \sqrt{\gamma}Q</math> 存在的充份必要條件是 :<math> \gamma+2 Re[C^T (j\omega I-A)^{-1}B]\ge 0 </math> 而且,集合<math>\{x: x^T P x = 0\}</math>是<math>(C,A)</math>的不可觀測子空間。 此引理可以視為是穩定性理論[[李亞普諾夫方程]]的推廣。建構了由[[狀態空間 (計算機科學)|狀態空間]]A, B, C建構的[[线性矩阵不等式]]以及其[[頻域]]條件的關係。 Kalman–Popov–Yakubovich引理最早是在1962年由{{link-en|Vladimir Andreevich Yakubovich|Vladimir Andreevich Yakubovich}}寫出且證明<ref>{{Cite journal|last=Yakubovich|first=Vladimir Andreevich|date=1962|title=The Solution of Certain Matrix Inequalities in Automatic Control Theory|url=|journal=Dokl. Akad. Nauk SSSR |volume=143 |issue=6|pages=1304–1307|via=}}</ref>,當時列的是嚴格的頻率不等式。允許等於的不等式是由[[鲁道夫·卡尔曼]]在1963年提出<ref name="Kalman1963">{{cite journal|author=Kalman, Rudolf E.|year=1963|title=Lyapunov functions for the problem of Lur'e in automatic control|url=http://www.pnas.org/content/49/2/201.full.pdf|journal=Proceedings of the National Academy of Sciences|volume=49|issue=2|pages=201–205|doi=10.1073/pnas.49.2.201|pmc=299777}}</ref>。在該文中也建立了Lur'e方程可解性的關係。兩篇都是針對純量輸入系統。其控制維度的限制是在1964年被Gantmakher和Yakubovich放寬的<ref>{{Cite book|title=Absolute Stability of the Nonlinear Controllable Systems, Proc. II All-Union Conf. Theoretical Applied Mechanics|last=Gantmakher, F.R. and Yakubovich, V.A.,|first=|publisher=Nauka|year=1964|isbn=|location=Moscow|pages=}}</ref>,而{{link-en|Vasile M. Popov|Vasile Mihai Popov}}也獨立得到相同結論<ref>{{Cite journal|last=Popov|first=Vasile M.|date=1964|title=Hyperstability and Optimality of Automatic Systems with Several Control Functions|url=|journal=Rev. Roumaine Sci. Tech.|volume=9 |issue=4|pages=629–890|via=}}</ref>。在<ref>{{Cite journal|last=Gusev S. V. and Likhtarnikov A. L.|first=|date=2006|title=Kalman-Popov-Yakubovich lemma and the S-procedure: A historical essay|url=|journal=Automation and Remote Control|volume=67 |issue=11|pages=1768–1810|via=}}</ref>中有針對此一主題的廣泛探討。 ==多變數Kalman–Yakubovich–Popov引理== 給定<math>A \in \R^{n \times n}, B \in \R^{n \times m}, M = M^T \in \R^{(n+m) \times (n+m)}</math>,其中 <math>\det(j\omega I - A) \ne 0</math>針對所有<math>\omega \in \R</math>,且<math>(A, B)</math>有可控制性,則以下的敘述是等價的: <ol type="i"> <li>針對所有<math>\omega \in \R \cup \{\infty\} </math> :<math> \left[\begin{matrix} (j\omega I - A)^{-1}B \\ I \end{matrix}\right]^* M \left[\begin{matrix} (j\omega I - A)^{-1}B \\ I \end{matrix}\right] \le 0 </math></li> <li>存在一矩陣<math>P \in \R^{n \times n}</math>使得<math>P = P^T</math>且 :<math>M + \left[\begin{matrix} A^T P + PA & PB \\ B^T P & 0 \end{matrix}\right] \le 0. </math> </li> </ol> 即使<math>(A, B)</math>不具有可控制性,對應上式的嚴格不等式仍成立<ref name=Rantzer1996>{{cite journal |title = On the Kalman–Yakubovich–Popov lemma |journal = Systems & Control Letters |volume = 28 |number = 1 |pages = 7–10 |year = 1996 |doi = 10.1016/0167-6911(95)00063-1 |author = "Anders Rantzer" }}</ref>。 ==參考資料== {{Reflist}} {{DEFAULTSORT:Kalman-Yakubovich-Popov Lemma}} [[Category:引理]] [[Category:稳定性理论]]
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