Все выпуски

Доказано, что линейная управляемая система $$ \dot x=A(t)x+B(t)u, \quad t\in\mathbb{R}, \quad x\in\mathbb{R}^n, \quad u\in\mathbb{R}^m, \qquad\qquad (1) $$ с коэффициентами в форме Хессенберга при достаточно широких условиях на коэффициенты обладает свойством равномерной полной управляемости в смысле Калмана. Показана существенность для некоторых полученных достаточных условий. Установлены следствия для квазидифференциальных уравнений. Исследуется задача о глобальном управлении асимптотическими инвариантами системы $$ \dot x=(A(t)+B(t)U)x, \quad t\in\mathbb{R}, \quad x\in\mathbb{R}^n, \qquad \qquad \qquad \qquad (2) $$ полученной замыканием системы $(1)$ обратной связью $u=Ux$. В известных результатах С.Н. Поповой ослабляются условия на коэффициенты. Для системы $(2)$ с коэффициентами в форме Хессенберга, с помощью результатов С.Н. Поповой, получены достаточные условия глобальной скаляризуемости и глобальной управляемости показателей Ляпунова, а в случае когда $A(\cdot)$ и $B(\cdot)$ - $\omega$-периодические и достаточные условия глобальной ляпуновской приводимости.

We prove that a linear control system $$ \dot x=A(t)x+B(t)u, \quad t\in\mathbb{R}, \quad x\in\mathbb{R}^n, \quad u\in\mathbb{R}^m, \qquad \qquad (1) $$ with matrix coefficients of the Hessenberg form is uniformly completely controllable in the sense of Kalman under rather weak conditions imposed on coefficients. It is shown that some obtained sufficient conditions are essential. Corollaries are derived for quasi-differential equations. We construct feedback control $u=Ux$ for the system $(1)$ and study the problem of global control over asymptotic invariants of the closed-loop system $$ \dot x=(A(t)+B(t)U)x, \quad t\in\mathbb{R}, \quad x\in\mathbb{R}^n. \qquad \qquad \qquad \qquad (2) $$ The conditions on coefficients are weakened in the known results of S.N. Popova. For the system $(2)$ with matrix coefficients of the Hessenberg form, the obtained results and the results of S.N. Popova are used to receive sufficient conditions for global reducibility to systems of scalar type and for global control over Lyapunov exponents and moreover, for global Lyapunov reducibility in the case of periodic $A(\cdot)$ and $B(\cdot)$.

Рассматривается линейная нестационарная управляемая система $$\dot x =A(t)x+ B(t)u, \quad x\in\mathbb{R}^n,\quad u\in\mathbb{R}^m,\quad t\in \mathbb{R}, \qquad \qquad (1)$$ с кусочно-непрерывными и ограниченными $\omega$-периодическими матрицами коэффициентов $A(\cdot)$ и $B(\cdot)$. Управление в системе (1) строится по принципу линейной обратной связи $u=U(t)x$ с кусочно-непрерывной и ограниченной матричной функцией $U(t)$, $t\in \mathbb{R}$. Для замкнутой системы $$\dot x =(A(t)+B(t)U(t))x, \quad x\in\mathbb{R}^n, \quad t\in \mathbb{R}, \qquad \qquad (2)$$ исследуется вопрос об условиях ее равномерной глобальной достижимости. Наличие последнего свойства у системы (2) означает существование такой матричной функции $U(t)$, $t\in \mathbb{R}$, которая обеспечивает для матрицы Коши $X_U(t,s)$ этой системы выполнение равенств $X_U((k+1)T,kT)=H_k$ при фиксированном $T>0$ и произвольных $k\in\mathbb{Z}$, $\det H_k>0$. Представленная задача решается в предположении равномерной полной управляемости (в смысле Калмана) системы (1), соответствующей замкнутой системе (2), т.е. при условии существования для системы (1) таких чисел $\sigma>0$ и $\alpha_i>0$, $i=\overline{1,4}$, что при всяких числе $t_0\in\mathbb{R}$ и векторе $\xi\in \mathbb{R}^n$ справедливы неравенства $$\alpha_1\|\xi\|^2\leqslant\xi^*\int\nolimits_{t_0}^{t_0+\sigma}X(t_0,s)B(s)B^*(s)X^*(t_0,s)\,ds\,\xi\leqslant\alpha_2\|\xi\|^2,$$ $$\alpha_3\|\xi\|^2\leqslant\xi^*\int\nolimits_{t_0}^{t_0+\sigma}X(t_0+\sigma,s)B(s)B^*(s)X^*(t_0+\sigma,s)\,ds\,\xi\leqslant\alpha_4 \|\xi\|^2,$$ в которых $X(t,s)$ - матрица Коши линейной системы (1) при $u(t)\equiv0.$ Доказано, что свойство равномерной полной управляемости (в смысле Калмана) периодической системы (1) является необходимым и достаточным условием равномерной глобальной достижимости соответствующей системы (2).

We consider a linear time-varying control system $$\dot x =A(t)x+ B(t)u, \quad x\in\mathbb{R}^n,\quad u\in\mathbb{R}^m,\quad t\in \mathbb{R}, \qquad \qquad (1)$$ with piecewise continuous and bounded $\omega$-periodic coefficient matrices $A(\cdot)$ and $B(\cdot).$ We construct control of the system (1) as a linear feedback $u=U(t)x$ with piecewise continuous and bounded matrix function $U(t)$, $t\in \mathbb{R}$. For the closed-loop system $$\dot x =(A(t)+B(t)U(t))x, \quad x\in\mathbb{R}^n, \quad t\in \mathbb{R}, \qquad \qquad (2)$$ the conditions of its uniform global attainability are studied. The latest property of the system (2) means existence of matrix $U(t)$, $t\in \mathbb{R}$, ensuring equalities $X_U((k+1)T,kT)=H_k$ for the state-transition matrix $X_U(t,s)$ of the system (2) with fixed $T>0$ and arbitrary $k\in\mathbb{Z}$, $\det H_k>0$. The problem is solved under the assumption of uniform complete controllability (by Kalman) of the system (1), corresponding to the closed-loop system (2), i.e. assuming the existence of such numbers $\sigma>0$ and $\alpha_i>0$, $i=\overline{1,4}$, that for any number $t_0\in\mathbb{R}$ and vector $\xi\in \mathbb{R}^n$ the following inequalities hold: $$\alpha_1\|\xi\|^2\leqslant\xi^*\int\nolimits_{t_0}^{t_0+\sigma}X(t_0,s)B(s)B^*(s)X^*(t_0,s)\,ds\,\xi\leqslant\alpha_2\|\xi\|^2,$$ $$\alpha_3\|\xi\|^2\leqslant\xi^*\int\nolimits_{t_0}^{t_0+\sigma}X(t_0+\sigma,s)B(s)B^*(s)X^*(t_0+\sigma,s)\,ds\,\xi\leqslant\alpha_4 \|\xi\|^2,$$ where $X(t,s)$ is the state-transition matrix of linear system (1) with $u(t)\equiv0.$ It is proved that the property of uniform complete controllability (by Kalman) of the periodic system (1) is a necessary and sufficient condition of uniform global attainability of the corresponding system (2).

В настоящей работе исследуются различные разновидности частот Сергеева и показателей колеблемости решений линейных однородных дифференциальных уравнений с непрерывными ограниченными коэффициентами. Для любого наперед заданного натурального числа $N$ конструктивно в работе построено периодическое линейное дифференциальное уравнение третьего порядка, обладающее тем свойством, что его спектры верхних и нижних частот Сергеева строгих знаков, нулей и корней, а также спектры всех верхних и нижних сильных и слабых показателей колеблемости строгих и нестрогих знаков, нулей, корней и гиперкорней содержат один и тот же набор, состоящий из $N$ различных существенных значений, причем как метрически, так и топологически. Более того, все эти значения реализованы на одном и том же наборе решений построенного уравнения, то есть для каждого решения из этого набора все перечисленные выше частоты и показатели колеблемости совпадают между собой. При построении указанного уравнения и доказательстве требуемых результатов использованы аналитические методы качественной теории дифференциальных уравнений, в частности, методы теории возмущений решений линейных дифференциальных уравнений, а также авторская методика управления фундаментальной системой решений таких уравнений в одном частном случае.

In this paper, we study various types of Sergeev's frequencies and exponents of oscillation for solutions of linear homogeneous differential equations with continuous bounded coefficients. For any preassigned natural number $N$, a periodic third-order linear differential equation is constructively built in this paper, which has the property that its upper and lower Sergeev frequency spectra of strict signs, zeros and roots, as well as the spectra of all upper and lower strong and weak oscillation indices of strict and non-strict signs, zeros, roots and hyperroots contain the same set, consisting of $N$ different essential values, both metrically and topologically. Moreover, all these values are implemented on the same set of solutions of the constructed equation, that is, for each solution from this set, all the frequencies listed above and the oscillation exponents coincide with each other. When constructing the indicated equation and proving the required results, analytical methods of the qualitative theory of differential equations were used, in particular, methods of the theory of perturbations of solutions of linear differential equations, as well as the author's technique for controlling the fundamental system of solutions of such equations in one particular case.

Для линейной равномерно вполне управляемой системы с почти периодическими коэффициентами установлена глобальная управляемость полной совокупности ляпуновских инвариантов.

The global controllability over total collection of Lyapunov invariants has been proved for the linear uniformly completely controllable system with almost periodic coefficients.