fbpx
วิกิพีเดีย

สมการเลียปูนอฟ

ในทฤษฎีระบบควบคุม

สมการเลียปูนอฟไม่ต่อเนื่อง (อังกฤษ: discrete Lyapunov equation) คือสมการในรูปแบบ

โดยที คือ เมทริกซ์เอร์มีเชียน (Hermitian matrix) และ คือ เมทริกซ์สลับเปลี่ยนสังยุค (conjugate transpose) ของ

ในขณะที่ สมการเลียปูนอฟต่อเนื่อง (อังกฤษ: continuous Lyapunov equation) คือสมการในรูปแบบ

.

สมการเลียปูนอฟมักถูกใช้ในหลายสาขาของทฤษฎีระบบควบคุมเช่น ในการวิเคราะห์เสถียรภาพ และการควบคุมแบบเหมาะสมที่สุด (optimal control) โดยชื่อของสมการนี้ตั้งตามชื่อของ อเล็กซานเดอร์ มิคาอิลโลวิช เลียปูนอฟ นักคณิตศาสตร์ชาวรัสเซีย (6 มิถุนายน ค.ศ. 1857 – 3 พฤศจิกายน ค.ศ. 1918)


การประยุกต์ใช้กับการวิเคราะห์เสถียรภาพ

ในที่นี้เรากำหนดให้   และ   และ   เป็นเมทริกซ์สมมาตร สัญลักษณ์   หมายถือว่า   คือ เมทริกซ์บวกแน่นอน (Positive-definite matrix)

ทฤษฎีเสถียรภาพกรณีเวลาต่อเนื่อง ถ้ามี   และ   ที่สามารถทำให้   เป็นจริงแล้ว ระบบเชิงเส้น (linear system)   เสถียรภาพวงกว้างเชิงเส้นกำกับ (globally asymptotically stable) โดยที่สมการกำลังสอง   นั้นจะนิยามเป็น ฟังก์ชันเลียปูนอฟ (Lyapunov function) ซึ่งใช้ในการตวรจสอบเสถียรภาพของระบบ

ทฤษฎีเสถียรภาพกรณีเวลาต่อเนื่องไม่ต่อเนื่อง ถ้ามี   และ   ที่สามารถทำให้   เป็นจริงแล้ว ระบบเชิงเส้น   เสถียรภาพวงกว้างเชิงเส้นกำกับ และ   นั้นคือฟังก์ชันเลียปูนอฟ

แง่มุมในการคำนวณ

สมการเลียปูนอฟไม่ต่อเนื่องสามารถใช้ ส่วนเติมเต็มชูร์ (Schur complement) ในการคำนวณได้ดังขั้นตอนวิธีที่แสดงข้างล่างนี้

 

ซึ่งสมมูลกับ

 .

นอกจากนี้ยังมีซอฟต์แวร์เฉพาะทางให้เลือกใช้ในการคำนวณสมการเลียปูนอฟ โดยในกรณีสมการเลียปูนอฟไม่ต่อเนื่อง วิธีการของชูร์โดยกิตากาวา (Schur method of Kitagawa) มักเป็นที่นิยม ในขณะที่กรณีสมการเลียปูนอฟต่อเนื่องวิธีการของ บาร์เทล และ ชวาร์ซ‎ สามารถใช้ได้เช่นกัน

ผลตอบเชิงวิเคราะห์

เราสามารถหาผลตอบเชิงวิเคราะห์ (analytic solution) สำหรับกรณีสมการเลียปูนอฟไม่ต่อเนื่อง โดนนิยามให้   เป็นตัวดำเนินการที่ทำการเรียงซ้อนคอลัมน์ของเมทริกซ์  และนิยาม  เป็น ผลคูณโคนเน็กเกอร์ (Kronecker product) ระหว่าง   และ   และโดยการใช้ผลจาก  , เราสามารถใช้   เมื่อ   คือ เมทริกซ์เอกลักษณ์ที่ conformable จากนั้นเราสามารถแก้สมการสำหรับหาค่าของ   โดยการหาเมทริกซ์ผกผันหรือการแก้สมการเชิงเส้น โดยในการได้มาซึ่งค่า   ต้องมีการปรับขนาดของ   อย่างเหมาะสมด้วย

ดูเพิ่ม

อ้างอิง

  1. Kitagawa, An Algorithm for Solving the Matrix Equation X = F X F' + S, International Journal of Control, Vol. 25, No. 5, p745–753 (1977).
  2. R. H. Bartels and G. W. Stewart, Algorithm 432: Solution of the matrix equation AX + XB = C, Comm. ACM, 15 (1972), p820-826.
  3. J. Hamilton (1994), Time Series Analysis, equations 10.2.13 and 10.2.18. Princeton University Press.

แหล่งข้อมูลอื่น

สมการเล, ยป, นอฟ, บทความน, างอ, งคร, สต, กราช, คร, สต, ทศวรรษ, คร, สต, ศตวรรษ, งเป, นสาระสำค, ญของเน, อหา, งก, ามภาษา, ในบทความน, ไว, ให, านและผ, วมแก, ไขบทความศ, กษาเพ, มเต, มโดยสะดวก, เน, องจากว, เด, ยภาษาไทยย, งไม, บทความด, งกล, าว, กระน, ควรร, บสร, างเป, น. bthkhwamnixangxingkhristskrach khristthswrrs khriststwrrs sungepnsarasakhykhxngenuxha lingkkhamphasa inbthkhwamni miiwihphuxanaelaphurwmaekikhbthkhwamsuksaephimetimodysadwk enuxngcakwikiphiediyphasaithyyngimmibthkhwamdngklaw krann khwrribsrangepnbthkhwamodyerwthisudinthvsdirabbkhwbkhumsmkareliypunxfimtxenuxng xngkvs discrete Lyapunov equation khuxsmkarinrupaebb A X A H X Q 0 displaystyle AXA H X Q 0 odythi Q displaystyle Q khux emthriksexrmiechiyn Hermitian matrix aela A H displaystyle A H khux emthriksslbepliynsngyukh conjugate transpose khxng A displaystyle A inkhnathi smkareliypunxftxenuxng xngkvs continuous Lyapunov equation khuxsmkarinrupaebb A X X A H Q 0 displaystyle AX XA H Q 0 smkareliypunxfmkthukichinhlaysakhakhxngthvsdirabbkhwbkhumechn inkarwiekhraahesthiyrphaph aelakarkhwbkhumaebbehmaasmthisud optimal control odychuxkhxngsmkarnitngtamchuxkhxng xelksanedxr mikhaxilolwich eliypunxf nkkhnitsastrchawrsesiy 6 mithunayn kh s 1857 3 phvscikayn kh s 1918 enuxha 1 karprayuktichkbkarwiekhraahesthiyrphaph 2 aengmuminkarkhanwn 3 phltxbechingwiekhraah 4 duephim 5 xangxing 6 aehlngkhxmulxunkarprayuktichkbkarwiekhraahesthiyrphaph aekikhinthinierakahndih A P Q R n n displaystyle A P Q in mathbb R n times n aela P displaystyle P aela Q displaystyle Q epnemthrikssmmatr sylksn P gt 0 displaystyle P gt 0 hmaythuxwa P displaystyle P khux emthriksbwkaennxn Positive definite matrix thvsdiesthiyrphaphkrniewlatxenuxng thami P gt 0 displaystyle P gt 0 aela Q gt 0 displaystyle Q gt 0 thisamarththaih A T P P A Q 0 displaystyle A T P PA Q 0 epncringaelw rabbechingesn linear system x A x displaystyle dot x Ax esthiyrphaphwngkwangechingesnkakb globally asymptotically stable odythismkarkalngsxng V z z T P z displaystyle V z z T Pz nncaniyamepn fngkchneliypunxf Lyapunov function sungichinkartwrcsxbesthiyrphaphkhxngrabbthvsdiesthiyrphaphkrniewlatxenuxngimtxenuxng thami P gt 0 displaystyle P gt 0 aela Q gt 0 displaystyle Q gt 0 thisamarththaih A T P A P Q 0 displaystyle A T PA P Q 0 epncringaelw rabbechingesn x t 1 A x t displaystyle x t 1 Ax t esthiyrphaphwngkwangechingesnkakb aela z T P z displaystyle z T Pz nnkhuxfngkchneliypunxfaengmuminkarkhanwn aekikhsmkareliypunxfimtxenuxngsamarthich swnetimetmchur Schur complement inkarkhanwniddngkhntxnwithithiaesdngkhanglangni X 1 A A H X Q 0 displaystyle begin bmatrix X 1 amp A A H amp X Q end bmatrix 0 sungsmmulkb X X A A H X X Q 0 displaystyle begin bmatrix X amp XA A H X amp X Q end bmatrix 0 nxkcakniyngmisxftaewrechphaathangiheluxkichinkarkhanwnsmkareliypunxf odyinkrnismkareliypunxfimtxenuxng withikarkhxngchurodykitakawa Schur method of Kitagawa 1 mkepnthiniym inkhnathikrnismkareliypunxftxenuxngwithikarkhxng barethl aela chwars 2 samarthichidechnknphltxbechingwiekhraah aekikherasamarthhaphltxbechingwiekhraah analytic solution sahrbkrnismkareliypunxfimtxenuxng odnniyamih vec A displaystyle text vec A epntwdaeninkarthithakareriyngsxnkhxlmnkhxngemthriksA displaystyle A aelaniyam kron A B displaystyle text kron A B epn phlkhunokhnenkekxr Kronecker product rahwang A displaystyle A aela B displaystyle B aelaodykarichphlcak vec A B C kron C T A vec B displaystyle text vec ABC text kron C T A text vec B erasamarthich I kron A A vec X vec Q displaystyle I text kron A A text vec X text vec Q emux I displaystyle I khux emthriksexklksnthi conformable 3 caknnerasamarthaeksmkarsahrbhakhakhxng vec X displaystyle text vec X odykarhaemthriksphkphnhruxkaraeksmkarechingesn odyinkaridmasungkha X displaystyle X txngmikarprbkhnadkhxng vec X displaystyle text vec X xyangehmaasmdwyduephim aekikhfngkchneliypunxf smkarsilewsetxr smkarrikkhatikechingphuchkhnit Algebraic Riccati equation thvsdirabbkhwbkhumxangxing aekikh Kitagawa An Algorithm for Solving the Matrix Equation X F X F S International Journal of Control Vol 25 No 5 p745 753 1977 R H Bartels and G W Stewart Algorithm 432 Solution of the matrix equation AX XB C Comm ACM 15 1972 p820 826 J Hamilton 1994 Time Series Analysis equations 10 2 13 and 10 2 18 Princeton University Press aehlngkhxmulxun aekikhOnline solver for arbitrary sized matrices lingkesiy ekhathungcak https th wikipedia org w index php title smkareliypunxf amp oldid 9668084, wikipedia, วิกิ หนังสือ, หนังสือ, ห้องสมุด,

บทความ

, อ่าน, ดาวน์โหลด, ฟรี, ดาวน์โหลดฟรี, mp3, วิดีโอ, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, รูปภาพ, เพลง, เพลง, หนัง, หนังสือ, เกม, เกม