比較原理

比較原理

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數,由該函數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
式中;(為中包含原點的某區域)為連續函數
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W的定義域。如果對向量,用表示 ,則有以下右行最大解的定義。
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
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。
定義:若定義在上的一個向量函數的每個分量均滿足:當任意兩向量和滿足且時,均成立,則稱是對y擬單調不減的。

比較原理在穩定性分析中的應用


研究系統
式中;;(G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。
利用比較原理可將判定n維繫統零解穩定性的問題轉化為判定一m維比較方程零解的穩定性問題。
定理:對於系統,若存在向量函數 滿足:
1、 ;
2、各分量均連續,對x滿足局部的條件,且在G中正定。