Technische Universiteit Delft

Tijdvariërende systemen
23 september 2002 | 10.30 uur
hr. P. van der Kloet | wiskundig ingenieur.
promotoren | prof.dr.ir. J. van Katwijk (fac ITS) en Prof.Dr.-Ing. W. Mathis (U. Hannover, Duitsland)

Modal solutions for linear time varying systems.

Van stelsels homogene lineaire differentiaalvergelijkingen met constante coëfficiënten, waarin de tijd als onafhankelijk variabele optreedt, is bekend dat de oplossing is te schrijven als een som van exponentiële functies. Daarbij is het argument van de exponent een lineaire functie van de tijd. De helling daarvan wordt meestal bepaald door het oplossen van een karakteristieke vergelijking die de vorm heeft van een algebra-ische vergelijking. De graad van deze algebraische vergelijking komt overeen met het aantal onafhankelijke vergelijkingen in het stelsel
differentiaalvergelijkingen. De afleiding van de oplossing is te baseren op het superpositiebeginsel en het invariantiebeginsel.
In dit proefschrift worden lineaire differentiaalvergelijkingen met tijdvariërende coëfficiënten beschouwd. Daarvoor is het invariantiebeginsel niet meer toepasbaar en zal een andere weg gevolgd moeten worden om tot oplossingen te komen. Te gebruiken is een toestandsbeschrijving waarbij de systeemmatrix in een eindig aantal stappen wordt gediagonaliseerd of getriangulariseerd. Dit vereist in elke stap het oplossen van een differentiaalvergelijking van het Riccati-type. Wordt dit procede toegepast op een stelsel met constante coëfficiënten, dan volgt een algebraische vergelijking van het Riccati-type. Deze laatste vergelijking tesamen met de vergelijking voor het diagonaalelement in de getransformeerde toestandsmatrix blijkt equivalent te zijn met de klassieke karakteristieke vergelijking. Daardoor zijn de diagonaalelementen van de gediagonaliseerde of getriangulariseerde systeemmatrix generalisaties van de eigenwaarden van het onderliggende dynamische stelsel; we spreken van de dynamische eigenwaarden.
Evenzo vormen de kolommen van het product van de geïntroduceerde transformatiematrices in de diagonalisering van de systeemmatrix generalisaties van de eigenvectoren van het onderliggende dynamische stelsel; we spreken van de dynamische eigenvectoren. Zo een combinatie van dynamische eigenvector en dynamische eigenwaarde is een oplossing van de oorspronkelijke differentiaalvergelijking en een oplossing van een gegeneraliseerd, het dynamisch, eigenwaardeprobleem. En is daardoor een modale oplossing van het oorspronkelijke stelsel.
In de moderne niet-lineaire elektronica is kennis van deze oplossingen van belang bij stabiliteitsproblemen, distorsieproblemen en ruisproblemen. Het stelsel lineaire differentiaalvergelijkingen met tijdvari-erende co-effici-enten ontstaat daar als stelsel van variatievergelijkingen rond de tijdvari-erende grootsignaal oplossing. De grootsignaal oplossing vereist het oplossen van de niet-lineaire circuitvergelijkingen. Voor harmonische bronsignalen is daartoe een harmonische balansmethode met een eindig aantal vergelijkingen en een eindig aantal onbekenden ontwikkeld.

Voor verder lezen:

* Linear time varying systems and sampled-data systems by Akira Ichikawa and Hitoshi Katayama, 2001

* Identification of time-varying processes by Maciej Niedzwiecki, 2000
* Minimum entropy control for time-varying systems, 1997
* Time-varying systems and computations by Patrick Dewilde and Alle-Jan van der Veen, 1998

Maarten van der Sanden
Wetenschapsvoorlichter
Communicatie & Marketing Groep / TU Delft
tel.: 015 2785454
fax.: 015 2781855
GSM: 06 20408176