状态转移矩阵判定条件小论文

摘要：状态转移矩阵是现代控制理论的重要概念，在线性控制系统的运动分析中起着重要的作用。分别对连续时间线性时变系统、离散时间线性定常系统以及离散时间线性时变系统的状态转移矩阵进行了研究。根据常微分方程和差分方程解的唯一性，得到了判断矩阵函数是某一线性系统状态转移矩阵的充分条件，以及如何求出其对应的系统矩阵的方法。状态转移矩阵是现代控制理论的重要概念,在线性控制系统的运动分析中起着重要的作用。文献[1-8]对线性系统的状态转移矩阵(包括连续时间线性定常系统、连续时间线性时变系统、离散时间线性定常系统、离散时间线性时变系统)进行了详细而深人的介绍。通常情况下，判断矩阵函数是某一连续时间线性时不变系统的状态转移矩阵的充要条件会在之前的工作中给出。本文对连续时间线性时变系统、离散时间线性定常系统、离散时间线性时变系统的状态转移矩阵进行了进一步的研究。根据常微分方程和差分方程解的唯一性，得到了判断矩阵函数是某一线性系统状态转移矩阵的充分条件,并求出了其对应的系统矩阵。1预备知识考虑连续时间线性时变系统、离散时间线性定常系统和时变系统，它们的齐次状态方程分别为：其中差分方程部分如下：为了给出判断矩阵函数是某一线性系统状态转移矩阵的充分条件,需要用到下面的引理。引理1状态转移矩阵是下列矩阵微分方程初值问题的解,且解是唯一的[5]：引理2状态转移矩阵是下列矩阵差分方程初值问题的解：引理3状态转移矩阵是下列矩阵差分方程初值问题的解:2.1判定结果2.2讨论定理1~3给出了判定矩阵函数是某一线性系统状态转移矩阵的充分条件，也给出了计算其对应的系统矩阵的公式。由状态转移矩阵的性质可知对连续系统，定理1的条件也是必要的;但对于离散系统，由于状态转移矩阵不能保证必为非奇异[2]，所以定理2和定理3的条件不是必要的。但对于连续时间线性系统的时间离散化系统，无论其为时不变或时变系统，状态转移矩阵必为非奇异[2]，此时定理2和定理3的条件是充分必要的。定理1~3给出的条件是非常容易验证的，可使用比较流行的Matlab工具进行验证，因而这些充分条件是有效的。3结束语本文对线性系统的状态转移矩阵进行了进一步的讨论,针对连续时间线性时变系统、离散时间线性定常系统和离散时间线性时变系统，分别给出了函数矩阵是某一线性系统状态转移矩阵的充分条件。这些条件是非常容易验证的,因而是有效的,并通过例子说明了结论的正确性。参考文献[1]王高雄,周之铭,朱思铭,等.常徽分方程[M].2版.北京:高等《自动化仪表》[2]郑大钟.线性系统理论[M].2版.北京:清华大学出版社，2002.[3]刘豹,唐万生.现代控制理论[M].2版.北京:机械工业出版社，2005.[4]施颂椒,陈学中,杜秀华.现代控制理论基础[M].北京:高等教育出版社，2007.[5]王孝武.现代控制理论基础[M].2版.北京:机械工业出版社，2006.[6]白素英四种计算方法的比较[J].数学的实践与认识，2008,38(2)：156-158.[7]徐进.常系数齐次线性微分方程组基解矩阵的求解[J].江汉大学学报：自然科学版,2005,33(4):17-19.[8]黄承绪.矩阵指数函数的一些性质[J].武汉理工大学学报:交通科学与工程版,2001,25(2)；147-149.