波形松弛方法的稳定性

波形松弛(WR)方法是求解微分方程的一种重要数值方法,迄今为止,关于它的研究集中于收敛性,罕有对其稳定性的研究.提出了常微分方程WR方法稳定的定义.借鉴常微分方程经典数值方法稳定性的常规研究方法,研究WR方法的稳定性,给出了连续WR方法保持三种标准试验方程稳定性的充分条件.使用Lyapunov技巧研究WR方法的压缩性,得到了连续和离散WR方法保持试验方程压缩的充分条件.     

Runge-Kutta型波形松弛方法的A-稳定

描述芯片或电力系统运行规律的常用数学模型是高维微分代数方程组,其中的微分方程组太大,诸如线性多步法和Runge-Kutta(RK)法等经典数值方法均不能有效求解.为求解这些微分方程组,学者们提出了波形松弛(WR)方法.多数情况下,这些微分方程组是刚性的,求解他们需要稳定性好的隐式方法,尤其需要A-稳定的方法.此外,RK方法是使用最广泛的常微分方程的数值方法.然而,迄今为止尚未发现RK型WR方法A-稳定的研究.本文研究了RK型WR方法的A-稳定性,获得了方法A-稳定的充分条件.常见A-稳定的RK方法有Gauss-Legendre方法、Radau IA方法、Radau IIA方法、Lobatto ⅢA方法、LobattoⅢB方法、LobattoⅢC方法,而且并非RK方法A-稳定,相应的RK型WR方法也A-稳定.在一个假设下,本文所得结果说明当选择低阶Radau IA方法,或Radau IIA方法,或LobattoⅢC方法为底层方法时,存在分裂方式使得RK型WR方法是A-稳定的.     

随机延迟微分方程分裂步单支θ方法的强收敛性

当扩散项系数g(x,y)关于变量x和y满足全局Lipschitz条件,而漂移项系数f(x,y)关于变量x满足单边Lipschitz条件,变量y满足全局Lipschitz条件时,本文建立了随机延迟微分方程分裂步单支θ方法的有界性和收敛性,并证明了当数值方法的参数θ满足1/2≤θ≤1时,分裂步单支θ方法对于这类随机延迟微分方程是强收敛的,并在现有文献的基础上将该方法从随机常微分方程推广到随机延迟微分方程.文末的数值试验验证了理论结果的正确性.     

离散广义大系统的Lyapunov稳定性分析

广义大系统的稳定性是广义大系统理论的基本问题之一,对其稳定性的研究要比状态空间大系统复杂得多,因为广义大系统不仅需要考虑稳定性,而且还要考虑正则性和因果性(离散广义系统)及脉冲自由(连续广义系统).本文在所有孤立子系统都是正则的且具有因果关系的条件下,利用Lyapunov方程,应用Lyapunov函数方法,研究了广义离散线性大系统和广义离散非线性大系统的稳定性和不稳定性问题,给出了离散广义大系统稳定性和不稳定性判定定理,得到了离散广义大系统的关联稳定参数域和不稳定域.     

基于线性多步法的波形松弛方法的线性稳定性

波形松弛(WR)方法的研究成果丰富,但主要集中于收敛性,罕见关于稳定性的研究.研究基于线性多步法的WR方法的线性稳定性,获得了线性稳定的几个充分条件,给出了一些具体的线性稳定WR方法的例子,并提供了一些支持理论结果的数值算例.     

时变中立型Lurie系统的稳定性分析

文章考虑时变时滞的中立型Lurie系统的绝对稳定性问题。系统的中立时滞是常时滞,离散时滞是变时滞,系统的变时滞上界为一个未知的常数。在无限的扇形区间条件下,将变时滞区间划分成小的片段。通过利用Lyapunov-Krasovskii函数引入自由权矩阵的方法,并进行时滞分解,从而得到使系统绝对稳定的充分条件。最后给出数值算例,证实算法的有效性。     

求解随机常微分方程的平均单支θ-方法

本文针对随机常微分方程(Random ordinary differential equations)的路径近似提出了平均单支θ-方法.在单边Lipschitz条件下,得到该方法的路径收敛性,并研究了此类方法的B-稳定性,证明当θ∈[1/2,1],方法是B-稳定的.最后,数值实验验证了本文的结论.     

解扩散方程的指数时间差分方法

指数时间差分方法是近年来提出求解刚性常微分方程的一种新的数值计算方法.指数时间差分方法是一种积分方法,而不是经典的差分方法.利用指数时间差分方法求解扩散方程,如一维拟线性对流扩散方程和Allen-Cahn扩散方程.扩散方程在空间方向离散后转化成刚性常微分方程.用显式指数时间差分方法和相应阶的显式Runge-Kutta方法求解刚性常微分方程.数值结果表明显式指数时间差分方法具有相同阶的显式Runge-Kutta方法相应的精度,稳定性显著提高,而且能很好地模拟扩散方程的演化行为.指数时间差分方法可用于刚性常微分方程的数值计算.     

带输入延时的连续时间系统的离散化

含多项式插值的Runge-Kutta方法应用于对带输入延时的连续时间系统的离散化中. 与传统的离散化方法相比, 本文提出的方法是有效且精度高阶的. 此方法的精度与Runge-Kutta法及插值多项式的精度紧密相关. 本文讨论了离散化方法的近似精度阶及最大可达的精度阶. 除此之外, 也分析了方法的输入状态稳定性. 为保证相应离散系统的稳定性, 可通过考察RK法的绝对稳定域来选择采样时间. 特别当RK法是A-稳定时, 可以不受稳定性的约束选择采样时间. 最后提供了一个数值例子来证明方法的优越性.     

有界随机噪声参数激励下碰撞系统的矩稳定性

研究了单自由度线性单边碰撞系统在有界随机噪声参数激励下系统的矩稳定性问题. 用 Zhuravlev 变换将碰撞系统转化为连续的非碰撞系统,然后用随机平均法得到了关于慢变量的随机微分方程. 利用伊藤法则给出了系统一、二阶矩满足的常微分方程,根据微分方程的稳定性理论得到了系统一阶矩稳定充分必要条件的解析表达式和二阶矩稳定充分必要条件的数值算法,并对理论结果用数值方法进行了仿真计算.理论分析和数值仿真表明,无论是相对于一阶矩还是二阶矩的稳定性,随着随机激励振幅变大,系统的稳定性区域变小从而使得系统变得不稳定. 而当调谐参数趋于零系统达到参数主共振情形时,系统的稳定性区域变得最小. 当随机噪声强度逐渐变小趋于零时,由二种矩稳定性给出的稳定性区域变得一致. 在一定的参数区域内,随机噪声使得系统稳定化.     

关于拓展的向后微分公式的一点注记

1.引 言 我们考虑Stiff常微分方程初值问题 y'=f(x,y),a≤x≤b, (1.1) y(x_0)=y_0的数值解.在这里,以y(x)表示(1.1)的精确解,用y_n表示(1.1)在x=nh点的数值解,f_n=f(x_n,y_n)。 在中,Cash导出一类拓展的向后微分公式(以后称为Cash方法),其优点是它的绝对稳定区域比相应的向后微分公式(Gear方法)的绝对稳定区域大,方法的阶为p=     

连续时间 Hopfield网络模型数值实现分析

讨论使用Euler方法和梯形方法在数值求解连续时间的Hopfield网络模型时,离散时间步长的选择和迭代停止条件问题.利用凸函数的定义研究了能量函数下降的条件,根据凸函数的性质分析它的共轭函数减去二次函数之差仍为凸函数的条件.分析连续时间Hopfield网络模型的收敛性证明,提出了一个广义的连续时间Hopfield网络模型.对于常用的Euler方法和梯形方法数值求数值实现连续时间Hopfield网络,讨论了离散时间步长的选择.由于梯形方法为隐式方法,分析了它的迭代求算法的停止条件.根据连续时间Hopfield网络的特点,提出改进的迭代算法,并对其进行了分析.数值实验的结果表明,较大的离散时间步长不仅加速了数值实现,而且有利于提高优化性能.     

相关扰动下连续系统的连续时间ELS辨识的数值实现

回顾了连续相关扰动下随机连续系统的连续时间ELS(增广最小二乘)辨识法,并 基于数值积分和常微分方程数值解的欧拉(Euler)法和龙格-库塔法(Runge-Kutta),给出了 连续时间ELS的两种数值实现方法和仿真结果.     

时变时滞Lurie控制系统的绝对稳定性

基于Lyapunov稳定性定理,利用线性矩阵不等式方法给出了系统绝对稳定的判别准则.讨论了具有多个时变时滞的Lurie直接控制系统和Lurie间接控制系统的绝对稳定性.所得结论是时滞无关的,即绝对稳定性充分条件仅依赖于时滞导数的大小,特别地,时滞可为无界函数.通过一个示例说明有时得到时滞相关的绝对稳定性条件比时滞无关的稳定性条件具有更大的保守性,促使今后寻找另外的方法和工具得到保守性较低的稳定性条件.仿真示例同时说明此方法对时滞为无界函数时的有效性.     

一类离散切换模糊系统的稳定性

针对离散模糊系统,提出一类离散切换模糊系统的稳定性问题.使用切换技术及单Lyapunov函数、多Lyapunov函数方法构造出连续状态反馈控制器,使得相应的闭环系统渐近稳定,同时设计可以实现系统全局渐近稳定的切换律.模型中的每个切换系统的子系统是离散模糊系统,取常用的平行分布补偿PDC控制器,主要条件以凸组合和矩阵不等式的形式给出,具有较强的可解性.计算机仿真结果表明设计方法的可行性与有效性.     

Stokes方程基于多尺度函数的稳定化有限元方法

本文提出一种新的求解Stokes问题的稳定化有限元方法.对于速度场的离散,有限元空间的选取为标准的多项式空间加上多尺度函数.本文证明该方法对于不满足离散的inf-sup条件的最低阶等阶元P_1-P_1元绝对稳定,同时也给出了最优阶误差估计,数值算例验证了理论的正确性.     

离散时滞大系统的无条件稳定性

本文研究一类线性定常离散时滞大系统的无条件稳定性问题。首先利用m阵的性质,给出了一般离散时滞系统无条件渐近稳定的充分条件;接着建立了适应于离散时滞系统的比较原理,最后用向量李雅普诺夫函数法和集结(aggregatioa)方法,推得了线性定常离散时滞大系统无条件稳定的充分条件。这一条件归结为判定一个阶数等于子系统个数的实矩阵是否是一个m阵。一个简单的数值例子说明了本文得出的结果的应用。     

基于增广Lyapunov泛函的Lurie时滞系统的绝对稳定性

对Lurie时滞系统的绝对稳定性问题进行了研究. 利用增广的Lyapunov泛函结合自由权矩阵方法, 得到了系统基于线性矩阵不等式(LMI)的时滞相关绝对稳定条件. 数值实例表明本文方法所得结果要优于现有文献中的结果.     

基于勒让德多项式逼近的4级4阶隐式Runge-Kutta方法

利用勒让德多项式逼近理论和高斯-洛巴托求积公式,构造了一个4级4阶的隐式RungeKutta方法.理论分析发现,该算法具有良好的稳定性-是A(α)稳定的且α接近于90~0,是刚性稳定的且D值接近于0,几乎是A稳定的和L稳定的,并能有效求解刚性常微分方程初值问题,数值算例显示了该算法的有效性.     

基于二维混合模型的重复控制系统稳定性分析与控制器设计

针对一类线性不确定系统, 提出一种基于连续/离散二维混合模型的重复控制系统设计新方法. 首先建立重复控制系统的连续/离散二维混合模型, 将重复控制器设计问题转化为一类连续/离散二维系统的稳定性问题; 然后应用二维连续/离散系统方法, 给出了重复控制系统新的稳定性条件. 进一步, 利用线性矩阵不等式方法, 获得了重复控制系统稳定边界和重复控制器参数的计算方法. 与现有方法不同的是, 本文以二维混合模型来描述重复控制系统, 更加符合其本质特征, 实现了对重复控制过程中两种不同行为的独立调节. 最后, 数值仿真实例验证了本文所提方法的有效性.