线性时变状态方程的解

一、线性齐次时变状态方程的解

x˙=A(t)x(t)x(t)=Φ(t,t0)x(t0)

只有当 A(t)t0tA(τ)dτ 满足乘法可交换条件,时变系统的自由解才可以写为封闭的幂级数形式:

Φ(t,t0)=exp[t0tA(τ)dτ]x(t0)

如果不满足乘法可交换条件,只能用级数近似:

Φ(t,t0)=I+t0tA(τ0)dτ0+t0tt0τ0A(τ1)dτ1dτ0+t0tt0τ0t0τ1A(τ2)dτ2dτ1dτ0+

时变状态转移矩阵的基本性质

Φ(t,t)=IΦ(t2,t1)Φ(t1,t0)=Φ(t2,t0)Φ(t,t0)=Φ1(t0,t)Φ˙(t,t0)=A(t)Φ(t,t0)

二、线性非齐次时变状态方程的解

x˙(t)=A(t)x(t)+B(t)u(t)x(t)=Φ(t,t0)x(t0)+t0tΦ(t,τ)B(τ)u(τ)dτx˙(t)=Ax(t)+Bu(t)eAtx˙(t)=eAtAx(t)+eAtBu(t)d(eAtx(t))dt=eAtBu(t)

两边积分得到:

t0td(eAτx(τ))dtdτ=t0teAτBu(τ)dτeAτx(τ)|t0t=t0teAτBu(τ)dτeAtx(t)=eAt0xt0+t0teAtBu(τ)dτx(t)=eA(tt0)x(t0)+eAtt0teAτBu(t)dτ