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Thursday,January11,20241第四节动态方程的线性变换Thursday,January11,20242

若是系统的一个状态向量,总可以找到一个非奇异的线性变换阵,有。那末,也是系统的一个状态变量,经过这种满秩变换后,系统的传递函数阵不变(前面已经证明)。由于非奇异矩阵的选择不是唯一的,所以不是唯一的。一、状态变量模型的非唯一性二、特征根和特征向量我们称为特征多项式,它的n个根为的特征值。由解出的向量称为对应的特征向量。[定义]:若是n阶方阵,如果数和n维非零向量使关系式 成立(或),那末,数称为方阵的特征值,非零向量称为的对应于的特征向量。Thursday,January11,20243[例6-4-1]:求的特征值和特征向量。[解]:当时,由:得:同理,当时,Thursday,January11,20244[例6-4-2]:,求特征值和特征向量。[解]:特征值为当时,由,得:Thursday,January11,20245若有个互异的特征根,则必可化为对角阵,即,对角线元素为特征根的值。其转换阵为

,其中为对应的特征向量。[说明]:,那末:我们知道,若,则是对应的特征向量。所以,转换矩阵是由的特征向量组成的。三、动态方程的约当标准型(对角型)Thursday,January11,20246[例6-4-3]将转换为对角阵,并求转换矩阵。[解]:在例6-4-2中,已经求出了的特征值为:其对应的特征向量分别为:所以转换阵为:即有:Thursday,January11,20247特例:若方阵是可控标准型,且特征根互异,则转换阵是范得蒙矩阵。

若有相同的特征根时,分两种情况:①m个相同的特征值对应的特征向量完备,即m个相同的特征值对应m个独立的特征向量。这种情况较少见。转换阵的求法同上。Thursday,January11,20248即:

前面m项是对应m重特征根的m个互相独立的特征向量;后面n-m个是互异特征根的特征向量。这时阵可转换为如下形式的约当标准型。Thursday,January11,20249②m个相同的特征值对应的特征向量不完备,即m个相同的特征值不存在m个独立的特征向量。这时不能将之化为对角阵而只能转换为约当阵。(设有m个重根)m行n-m行(约当块)Thursday,January11,202410

阵的求法分为两块,一块是互异部分,算法同上;另一块是重根部分。设

的求法:由此可求得:上式中,为重根对应的特征向量(广义特征向量); 为互异特征根对应的特征向量。Thursday,January11,202411[例]:试将下列状态方程化为约当标准型:[解]:求特征值:

(二重根)时的特征向量为:另一广义的特征向量:

时特

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