Пред.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 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 ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO
§ 35. Асимптотическая устойчивость положения равновесия. Диссипативные системыВведем теперь понятие об асимптотически устойчивом положении равновесия. Положение равновесия называется асимптотически устойчивым, если оно устойчиво и если, кроме того, при достаточно малых по абсолютной величине начальных отклонениях и начальных скоростях все отклонения и скорости при неограниченном возрастании времени
всякий раз, когда удовлетворяются неравенства
При геометрической интерпретации (рис. 44) это означает, что в пространстве состояний
Рис. 44. В рассмотренных на стр. 190—192 примерах 1, 2 и 3 только в примере 3 устойчивое положение равновесия является асимптотически устойчивым. Мы будем рассматривать склерономные системы, находящиеся под воздействием потенциальных сил — и непотенциальных сил потенциальная энергия П и непотенциальные силы
В этом случае время
В рассматриваемом случае полная энергия Е склерономной системы не содержит явно времени:
Вычисляя ее полную производную по времени при движении системы, находим:
Таким образом, в каждой точке пространства состояний Если силы В случае определенно-диссипативной системы (см. § 8) Теорема об асимптотической устойчивости. Если потенциальная энергия П склерономной определеннодиссипативной системы в некотором положении равновесия имеет строгий минимум и это положение равновесия является изолированным, то положение равновесия асимптотически устойчиво. Доказательство. Пусть снова в положении равновесия
Как и при доказательстве теоремы Лагранжа, выберем в пространстве состояний
во всех точках, отличных от О, и в которой нет состояний равновесия, отличных от О.
Рис. 45. Так как согласно теореме Лагранжа положение равновесия
причем
Так как вся траектория лежит в
В силу леммы Больцано — Вейерштрасса из бесконечных ограниченных последовательностей
при этом
Но тогда, в силу непрерывности
По предположению точка Примем точку Рассмотрим, далее, движение системы, начинающееся при начальной точки
а это невозможно, так как Итак, мы пришли к противоречию, допустив, что
Так как в силу неравенства (6) равенство В примере 3 на стр. 191
поскольку Исследование движения склерономной определенно-диссипативной системы в окрестности ее асимптотически устойчивого положения равновесия будет дано в § 46. Ляпунов доказал теорему, которая обобщает теорему Лагранжа. Он обратил внимание на то, что при доказательстве теоремы Лагранжа можно вместо энергии Е взять любую непрерывную (с непрерывными частными производными первого порядка) функцию в состоянии равновесия строгий минимум и не возрастающую при любом движении системы. Вычислим производную по времени от функции V, использовав при этом уравнения движения (3):
В частности, из этой формулы следует, что в начале координат О пространства состояний функция В этом случае функция V в состоянии равновесия О имеет максимум. Если же этот максимум строгий, то в окрестности точки О (за исключением самой точки О) и при движении системы в пределах этой окрестности функция V строго убывает. Теперь можно почти дословно повторить доказательство теоремы Лагранжа, используя вместо Е функцию V. В случае асимптотической устойчивости (например, для диссипативной системы) доказательство будет даже более простым, если потребовать, чтобы производная имела в положении равновесия строгий экстремум противоположного типа по отношению к экстремуму функции V. Заметим еще, что при формулировке критерия устойчивости можно поменять местами слова «минимум» и «максимум», так как замена функции V на функцию —V возвращает нас к прежней формулировке. Таким образом, можно считать доказанной следующую теорему: Теорема. Если дано положение равновесия склерономной системы, находящейся под действием сил, не зависящих явно от времени, и существует непрерывная вместе с частными производными первого порядка функция Функцию
|
1 |
Оглавление
|