【基础知识】李雅普诺夫方程与李雅普诺夫函数

李雅普诺夫方程与李雅普诺夫函数

李雅普诺夫方程

李雅普诺夫方程是一个矩阵方程，通常表示为：

$$A^{T}P+PA=-Q$$

其中：

• $A$ 是系统矩阵（对于线性系统 $\dot{x}=Ax$）
• $P$ 是未知的对称正定矩阵
• $Q$ 是给定的对称正定矩阵

李雅普诺夫函数

李雅普诺夫函数是用于分析动态系统稳定性的标量函数，通常表示为 $V(x)$，它满足以下条件：

• $V(0)=0$
• $V(x)>0$，对所有 $x\ne 0$
• $\dot{V}(x)<0$，对所有 $x\ne 0$

二者关系

李雅普诺夫方程和李雅普诺夫函数之间的关系在于：

对于线性系统 $\dot{x}=Ax$，如果李雅普诺夫方程有解（即存在正定矩阵 $P$ 使方程成立），那么函数 $V(x)=x^{T}Px$ 就是该系统的一个李雅普诺夫函数。

这种关系使我们能够：

1. 通过求解李雅普诺夫方程来构造线性系统的李雅普诺夫函数
2. 利用该函数来证明系统的稳定性

简言之，李雅普诺夫方程是找到李雅普诺夫函数的一种方法，特别是对于线性系统。