Главная > БОЛЬШИЕ СИСТЕМЫ. СВЯЗНОСТЬ, СЛОЖНОСТЬ И КАТАСТРОФЫ (Дж. Касти)
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Пред.
След.
Макеты страниц

Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше

Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике

Если пространство состояний системы бесконечно, но конечномерно, то можно доказать справедливость теоремы, почти аналогичной теореме Крона – Роудза. Однако в этом случае потребуется более сложный математический аппарат.

Пусть система определена внутренним описанием, задаваемым дифференциальным уравнением
\[
\dot{x}=f(x, u),
\]

где пространство состояний $M$ является аналитическим многообразием, $u \in \Omega \subset R^{m}$, а $f$-действительная аналитическая функция переменной $x$, непрерывная по $u$ и удовлетворяющая условию Липшица по $x$ равномерно относительно $u$. Обозначим через $V(M)$ алгебру Ли всех аналитических векторных полей на $M$. На алгебре $V(M)$ задана скобочная операция Ли $[\cdot, \cdot]$, позволяющая из двух заданных векторных полей $v$, w получить новое векторное поле с помощью формулы $[v, w]=(\partial v / \partial x)(w)-(\partial w / \partial x)(v)$. Для каждого $u \in \Omega$ рассмотрим векторное поле $f(\cdot, u)$ и определим алгебру Ли системы $\Sigma$ как наименьшую подалгебру алгебры $V(M)$, содержащую все такие векторные поля. Сформулируем теперь конечномерный аналог теоремы Крона – Роудза.
1) Напомним, что группа проста, если у нее нет нетривиальных нормальных подгрупп. $N$ – нормальная подгруппа $G$ тогда и только тогда, когда $N g=g N$ для всех $g \in G$.

Если алгебра Ли системы $\Sigma$ конечномерна, то система $\Sigma$ допускает декомпозицию в параллельные каскады систем с простой алгеброй Ли с последующим каскадом одномерных систём.
Сделаем несколько замечаний относительно этой теоремы.
1. Алгебра Ли является простой, если она не абелева и не имеет нетривиальных идеалов. Таким образом, простые алгебры Ли в теореме Кренера являются аналогами простых групп из теоремы Крона – Роудза. Однако такой аналогии не существует между одномерными системами и полугруппами триггеров, так как триггеры входят в негрупповую часть автоматов. Заметим, что с точностью до изоморфизма существуют только две одномерные системы – на окружности и на прямой линии. Таким образом «простых» элементов, получаемых при декомпозиции алгебры Ли, также два.
2. В определенном смысле эта теорема дает наилучшую декомпозицию конечномерных систем. Действительно, конечномерная система неразложима тогда и только тогда, когда алгебра Ли одномерна или проста. Заметим, что эта теорема дает необходимые и достаточные условия для декомпозиции любой конечномерной аналитической системы.

В качестве примера, поясняющего эти результаты, рассмотрим билинейную систему $\Sigma$, определяемую матричными уравнениями:
\[
\dot{X}=\sum_{i=1}^{3} u_{i} B_{i} x, \quad X(0)=I,
\]

где
\[
B_{1}=\left[\begin{array}{rr}
1 & 0 \\
0 & -1
\end{array}\right], \quad B_{2}=\left[\begin{array}{ll}
0 & 1 \\
0 & 0
\end{array}\right], \quad B_{3}=\left[\begin{array}{ll}
0 & 0 \\
1 & 0
\end{array}\right] .
\]

Пространство состояний такой системы – это группа действительных $2 \times 2$ матриц с определителем, равным $1, M=$ $=S L(2, R)$, а входы задаются элементами $\Omega=R^{3}$. Проведя алгебраические выкладки, можно найти, что система $\Sigma$ обладает нетривиальной параллельно-каскадной декомпозицией
\[
\begin{array}{c}
\dot{X}_{1}=u_{1} B_{1}, \\
\dot{X}_{2}=\left(X_{1}\right)^{-1}\left(u_{2} B_{2}+u_{3} B_{3}\right) X_{1} X_{2},
\end{array}
\]

где
\[
\begin{array}{c}
\dot{X}_{1}=u_{1} B_{1}, \\
\dot{X}_{2}=\left(X_{1}\right)^{-1}\left(u_{2} B_{2}+u_{3} B_{3}\right) X_{1} X_{2},
\end{array}
\]
\[
X=X_{1} X_{2} \text {. }
\]

Этот пример показывает также, что пространство состояний нелинейной системы, как правило, не $R^{n}$.

Categories

1
Оглавление
email@scask.ru