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穩定多項式

指数 穩定多項式

在探討微分方程或是差分方程的時,多項式若滿足任一個性質,即稱為穩定:.

16 关系: 劳斯–赫尔维茨稳定性判据半空间单位圆盘单位根多項式开集微分方程稳定性判据线性时不变系统理论莫比乌斯变换遞迴關係式赫爾維茨多項式控制理论林纳德–奇帕特判据有界輸入有界輸出穩定性时不变系统

劳斯–赫尔维茨稳定性判据

劳斯–赫尔维茨稳定性判据(Routh–Hurwitz stability criterion)是控制理论中的一個數學測試,是線性时不变系统(LTI)穩定的充份必要條件。劳斯測試是由英國數學家在1876年提出的快速演算法,可以判斷一線性系統其特徵多項式的根是否都有負的實部。德國數學家阿道夫·赫維茲在1895年獨立的提出將多項式的係數放到一個方陣中(此方陣稱為赫維茲矩陣),證明多項式穩定若且唯若赫維茲矩陣的主要子矩陣其行列式形成的數列均為正值。二個程序是等價的,而劳斯測試提供一個有效計算赫維茲行列式的方法。滿足劳斯–赫尔维茨稳定性判据的多項式稱為赫爾維茨多項式。 此稳定性判据之所以重要,是因為若線性系統之特徵方程式的根p均有負的實部,表示其解ept為穩定的(BIBO穩定)。因此稳定性判据提供了方式,可以在不求解線性系統的运动方程的情形下,判斷其是否只有穩定解。對於離散系統,對應穩定性的測試可以由Schur–Cohn判据、及來判斷。隨著電腦的進步,此稳定性判据變的較少使用,另一種判斷的方式則是用數值方法直接求解多項式,得到其解的近似值。 劳斯測試可以由輾轉相除法以及在計算時用施图姆定理來。赫尔维茨利用另一種方式來推導其稳定性判据。.

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半空间

在几何学中,一个半空间是用平面分割成两部分的三维欧几里德空间。更一般地说,一个半空间是用一个超平面划分成两部分的仿射空间。也就是说,不属于这个超平面的点被划分成两个凸集(即半空间)。半空间可以开放或封闭。开放的半空间是从仿射空间减去起分割作用的超平面所产生的两个开放集;封闭的半空间是一个开放的半空间与并分割它们的超平面的并集。 Category:欧几里得几何.

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单位圆盘

数学中,绕平面上给定点 P 的开单位圆盘(open unit disk),是与 P 的距离小于 1 的点集合: 绕 P 的闭单位圆盘(closed unit disk)是与 P 的距离小于或等于 1 的点集合: 单位圆盘是圆盘与单位球体的特例。 若无其它修饰语,术语单位圆盘用于绕原点关于标准欧几里得度量的开单位圆盘 D_1(0)。它是以原点为中心的半径为 1 的圆周的内部。这个集合可以与所有绝对值小于 1 的复数等价。当视为复平面 C 的一个子集时,开单位圆盘经常记作 \mathbb。.

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单位根

数学上,n \,次單位根是n\,次冪為1的複數。它們位於複平面的单位圆上,構成正''n''邊形的頂點,其中一個頂點是1。.

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多項式

多项式(Polynomial)是代数学中的基础概念,是由称为未知数的变量和称为系数的常数通过有限次加减法、乘法以及自然数幂次的乘方运算得到的代数表达式。多项式是整式的一种。未知数只有一个的多项式称为一元多项式;例如x^2-3x+4就是一个一元多项式。未知数不止一个的多项式称为多元多项式,例如就是一個三元多项式。 可以写成只由一项构成的多项式也称为单项式。如果一项中不含未知数,则称之为常数项。 多项式在数学的很多分支中乃至许多自然科学以及工程学中都有重要作用。.

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开集

開集是指不包含任何自己邊界點的集合。或者說,開集包含的任意一點的充分小的鄰域都包含在其自身中。 例如,实数线上的由不等式2规定的集合称为开区间,是开集。这时候的边界为实数轴上的点2和5,如由不等式2\leq x \leq 5,或者2规定的区间由于包含其边界,因此不能称之为开集。 开集的概念一般与拓扑概念是紧密联系着的,通常先公理化开集,然后通过其定义边界的概念。(详细请参照拓扑空间).

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微分方程

微分方程(Differential equation,DE)是一種數學方程,用來描述某一類函数與其导数之间的关系。微分方程的解是一個符合方程的函數。而在初等数学的代数方程裡,其解是常数值。 微分方程的应用十分广泛,可以解决许多与导数有关的问题 。物理中许多涉及变力的运动学、动力学问题,如空气的阻力為速度函數的落体运动等问题,很多可以用微分方程求解。此外,微分方程在化学、工程学、经济学和人口统计等领域都有应用。 数学领域对微分方程的研究着重在几个不同的面向,但大多数都是关心微分方程的解。只有少数简单的微分方程可以求得解析解。不过即使没有找到其解析解,仍然可以确认其解的部份性质。在无法求得解析解时,可以利用数值分析的方式,利用电脑来找到其数值解。 动力系统理论强调对于微分方程系统的量化分析,而许多数值方法可以计算微分方程的数值解,且有一定的准确度。.

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稳定性判据

在控制理论,尤其是中,稳定性判据是用來判斷系统的條件。有许多常见的稳定性判据:.

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线性时不变系统理论

线性非时变系统理论俗称LTI系统理论,源自应用数学,直接在核磁共振頻譜學、地震学、电路、信号处理和控制理论等技术领域运用。它研究的是线性、非时变系统对任意输入信号的响应。虽然这些系统的轨迹通常会随时间变化(例如声学波形)来测量和跟踪,但是应用到图像处理和场论时,LTI系统在空间维度上也有轨迹。因此,这些系统也被称为线性非時變平移,在最一般的范围理论给出此理论。在离散(即采样)系统中对应的术语是线性非時變平移系统。由电阻、电容、电感组成的电路是LTI系统的一个很好的例子。.

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莫比乌斯变换

在几何学--, 莫比乌斯变换是一类从黎曼球面映射到自身的函数。用扩展复平面上的复数表示的话,其形式为: 其中 z, a, b, c, d 为满足 ad − bc ≠ 0的(扩展)复数。 莫比乌斯变换也可以被分解为以下几个变换:把平面射影到球面上,把球体进行旋转、位移等任何变换,然后把它射影回平面上。 莫比乌斯变换是以数学家奥古斯特·费迪南德·莫比乌斯的名字命名的,它也被叫做单应变换(homographic transformation)或分式线性变换(linear fractional transformation)。.

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遞迴關係式

在數學上,递推关系(recurrence relation),也就是差分方程(difference equation),是一種递推地定義一個序列的方程式:序列的每一項目是定義為前一項的函數。 像戶口調查映射(logistic map)即為递推关系 某些簡單定義的遞迴關係式可能會表現出非常複雜的(混沌的)性質,他們屬於數學中的非線性分析領域。 所謂解一個遞迴關係式,也就是求其解析解,即關於n的非遞迴函數。.

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赫爾維茨多項式

赫爾維茨多項式(Hurwitz polynomial)得名自德國數學家阿道夫·赫維茲,是一種特殊的多項式,其係數為正值,而且其根解都在複數平面的左半邊或是在虛軸上,也就是根的實部均為負數或是零。有時此一用語會將多項式根的實部限制為只允許負值,也就是解不能在虛軸上(赫爾維茨穩定多項式)。 若以下二個條件皆成立,複變數s 的多項式P(s)為赫尔维茨多項式: 赫爾維茨多項式在中非常重要,其表示穩定線性非時變系統的特徵多項式。多項式是否赫爾維茨多項式可以直接求解方程式,或是用劳斯–赫尔维茨稳定性判据求得。.

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控制理论

控制理論是工程學與數學的跨領域分支,主要處理在有輸入信號的動力系統的行為。系統的外部輸入稱為「參考值」,系統中的一個或多個變數需隨著參考值變化,控制器處理系統的輸入,使系統輸出得到預期的效果。 控制理論一般的目的是藉由控制器的動作讓系統穩定,也就是系統維持在設定值,而且不會在設定值附近晃動。 連續系統一般會用微分方程來表示。若微分方程是線性常係數,可以將微分方程取拉普拉斯轉換,將其輸入和輸出之間的關係用傳遞函數表示。若微分方程為非線性,已找到其解,可以將非線性方程在此解附近進行線性化。若所得的線性化微分方程是常係數的,也可以用拉普拉斯轉換得到傳遞函數。 傳遞函數也稱為系統函數或網路函數,是一個數學表示法,用時間或是空間的頻率來表示一個線性常係數系統中,輸入和輸出之間的關係。 控制理论中常用方塊圖來說明控制理论的內容。.

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林纳德–奇帕特判据

在控制系统理论中,林纳德–奇帕特判据(Liénard–Chipart criterion)是一个由劳斯–赫尔维茨稳定性判据修改而来的稳定性判据,由A. Liénard和M.

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有界輸入有界輸出穩定性

在信號處理及控制理論中,有界輸入有界輸出穩定性簡稱BIBO穩定性,是一種針對有輸入信號線性系統的穩定性。BIBO是「有界輸入有界輸出」(Bounded-Input Bounded-Output)的簡稱,若系統有BIBO穩定性,則針對每一個有界的輸入,系統的輸出也都會有界,不會發散到無限大。 對於信號若存在有限的定值B > 0使得信號的振幅不會超過B,則此信號為有界的,也就是說.

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时不变系统

非時變系統是输出不會直接隨著时间变化的系统。 如果系统的传递函数不是时间的函数,就可以满足这个特性。这个特性也可以用示意图的术语进行描述.

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