О локально явных уравнениях тема автореферата и диссертации по математике, 01.01.02 ВАК РФ

На правах рукописи

Прядко Ирина Николаевна

О локально явных уравнениях

Специальность 01,01.02 - дифференциальные уравнения

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

ВОРОНЕЖ - 2006

Работа выполнена в Воронежском государственном университете

Научный руководитель: доктор физ.-мат. наук, профессор

Садовский Борис" Николаевич

Официальные оппоненты: доктор физ.-мат. наук, ведущий научный

сотрудник Козякин Виктор Сергеевич

доктор физ.-мат. наук, профессор Сапронов Юрий Иванович

Ведущая организация: Московский Государственный

Университет путей сообщения (МИЙТ)

Защита состоится 14 ноября 2006 года в 15 часов 40 минут на заседании диссертационного совета К 212.038.05 при Воронежском государственном университете по адресу: 394006, г. Воронеж, Университетская пл., 1, ауд. 335.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Воронежского государственного университета.

Автореферат разослан " октября 2006 года

Ученый секретарь

диссертационного совета К 212.038.05 . ____

доктор физ.-мат. наук, профессор Гликлих Ю. Б.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. В диссертации рассматривается новый класс уравнений, предназначенный для описания негладких полудетерминированных процессов. По своей структуре эти уравнения близки к обыкновенным дифференциальным, однако их решения могут быть недиффе-ренцируемыми, и даже разврывными.

Дифференциальным уравнениям, допускающим негладкие решения, посвящена обширная литература. Прежде всего это литература по теории обобщенных функций, на основе которой изучаются линейные и некоторые нелинейные дифференциальные уравнения с негладкими и, возможно, разрывными решениями (А.Ф. Филлипов, Б.М. Миллер, А.Н. Сесекин, С.Т. Завалищин).

Другое направление связано с представлением дифференциальных уравнений в виде интегральных, которые допускают менее гладкие решения (К. Каратеодори, А.Ф. Филлипов, Ю.В. Покорный, С.Г. Пандит, СХ. Део, С. Швабик).

Для изучения гистерезисных явлений, которые также приводят к рас» смотрению негладких эволюционных процессов, в монографии М.А. Красносельского, А^В. Покровского разработана специальная функционально-аналитическая техника.

Большое количество работ посвящено изучению негладких поведений систем, испытывающих импульсные воздействия (В.Д. Мильман, А.Д. Мышкис, A.M. Самойленко, НА. Перестюк, А.Н. Сесекин, С.Т. Завалищин, Б.М. Миллер).

Данная диссертация примыкает к направлению, связанному с изучением уравнений, которые называются квазидифференциальными, или уравнениями с нелинейными дифференциалами (А.И. Панасюк, Й.Е. Васильева, П.Е. Клоеден, Б.Н. Садовский).

В ней вводится и изучается новый класс таких уравнений. Рассматриваемые уравнения названы локально явными, поскольку они явно определяют решение в некоторой заранее не известной правой окрестности любого момента времени. Целесообразность выделения таких уравнений для подробного изучения подтверждается тем, что многие процессы и явления наиболее естественно и компактно моделируются средствами локально явных уравнений. Значительная часть работы посвящена выводу и анализу локально явных моделей для таких известных элементов систем управления, как реле и обобщенное реле, упор, люфт, многопозиционный переключатель.

Цель работы — исследовать класс локально явных уравнений как новое средство моделирования негладких процессов, изучить признаки

локальной явности, построить математические модели.некоторых технических, в частности, гистерезисяых элементов в виде локально явных уравнений, исследовать вопросы о разрешимости задачи Коши для систем, включающих локально явные уравнения, а также в некоторых ситуациях вопросы продолжимости, единственности и устойчивости решений.

Методика исследования. В диссертации использованы методы теории обыкновенных дифференциальных уравнений, функционального анализа, математической теории систем с гистерезисом1 теории устойчивости.

Научная новизна. Перечисленные ниже основные результаты работы являются новыми.

1. Построение локально явных математических моделей ряда технических элементов.

2. Исследование общих свойств локально явных уравнений: .условий локальной и глобальной разрешимости задачи Коши, признаков единственности; доказательство общего утверждения о продолжении решения до непродолжимого, формулировка и доказательство обобщенной теоремы ван Кампена.

3. Изучение свойств локально явных моделей реле, обобщенного реле, упора, люфта, многопозиционного переключателя, системы "контроль-коррекция". В частности, нового условия локальной явности для многопозиционного переключателя, условия непрерывной зависимости выхода от входа для локально явной модели реле, условия единственности решения начальной задачи для обобщенного реле.

4. Исследование условий локальной и глобальной -однозначной разрешимости задачи Коши для замкнутых систем, содержащих локально явные уравнения с нелинейными дифференциалами и обыкновенные дифференциальные уравнения.

5. Доказательство локальной теоремы типа теоремы Пеано для замкнутой системы, содержащей локально явное уравнение.

6. Доказательство общих признаков ^устойчивости н р-усгойчивости обобщенных динамических систем.

7. Исследование устойчивости решений одного типа систем релейного управления.

Практическая и теоретическая ценность. Работа носит теоретический характер. Результаты представляют новую методику математического моделирования негладких процессов и могут быть использованы в'теории управления, математической теории систем с гистерезисом и теории устойчивости.

Апробагщя работы. Результаты работы докладывались на Воронежской" зимней математической школе (Воронеж, 2002 г. и 2006 г.) [2], [7], Международной научной конференции "Современные проблемы •функционального анализа и дифференциальных уравнений" (Воронеж, 2003 г.) [3], а также семинарах кафедры функционального анализа и операторных уравнений математического факультета ВГУ.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в работах [1]-[8]. В совместных работах [3],[4],[6] Б.Н. Садовскому принадлежит постановка задачи.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, двух глав, разбитых на 15 параграфов, и списка литературы, содержащего 55 наименований. Текст диссертации включает в себя 6 иллюстрирующих рисунков. Общий объем диссертации - 115 страниц.

Краткое содержание работы

В первой главе вводится новый класс уравнений с нелинейными дифференциалами, называемых локально явными- [4], исследуются общие свойства локально явных уравнений, а также строятся локально явные модели таких технических устройств, как реле, обобщенное реле, упор ([4]), люфт, многопозиционный переключатель- ([б]), система "контроль-коррекция"([8]), и изучаются их свойства.

Уравнение с нелинейным дифференциалом имеет вид:

u(t-bdf)-«(t)=I>(t,u(i),di) + o(dt). ф

Предполагается, что областью определения функции D(t, u, dt) по (i,u) является некоторое множество U С МхЖп, а по dt - промежуток [0, a(t, и)); множество значений лежит в Rn, причем D(t, «, 0) — 0.

Решением уравнения (1) называется непрерывная слева на некотором промежутке I функция и — удовлетворяющая при любом t Е I — I \ {sup /} соотношению:

jim^fcC* + dt) ~ <p(t) - D(t, (pit), dt)] « 0.

Решение <p называется сылъньш, если для любого t G 1 существует такое 6 > 0, что при dt G [0, S) выполняется равенство:

<fit + dt) - <p(t) - D(t, <p(t), dt) = 0.

В диссертации выделяется класс локально явных уравнений, для которых задача Коши всегда разрешима в классе сильных решений. В терминах свойств нелинейного дифференциала D локально явное уравнение может быть определено следующем образом. Рассмотрим квазипоток, порожденный уравнением (1): 7*"кйи = u + D(ty и,dt).

Если эта функция переменной (И непрерывна слева я локально обладает полугрупповым свойством, т.е.

¥((¿0,€ > 0)У(* 1 : < < < ¿о + > 0)

: <1 < *2 < + ¿х) о =

то уравнение (1) называется локально явным,

В параграфе 1.1 доказываются следующие общие свойства локально явных уравнений.

Критерий локальной явности. Для того, чтобы уравнение (1) было локально явным, необходимо и достаточно, чтобы для любой точки (¿о, ио) € V уравнение (1) имело сильное решение, удовлетворяющее

У™овию «(¿о) = «о. (2)

Утверждение о единственности. Класс сильных решений уравнения (1) обладает свойством единственности вправо, т.е. если ц> и ■ф принадлежат этому классу и ^(<1) — ¥>(£1), то ф(Ь) = <£>(*) на

Для не сильных решений утверждение о единственности может оказаться неверным даже для локально явных уравнений, соответствующий пример приведен в диссертации в п. 1.7.1.

Если в некоторой ситуации интерес представляют только сильные решения, то уравнение (1) можно записать в виде

и{г -Ь Л) - «(<) ^ , и(*), (Щ,

где звездочка над знаком равенства означает, что для любого I € ©(и) \ вир{Х>(и)} это равенство должно выполняться лишь при достаточно малых еН > 0, причем степень малости может зависеть от

'Утверждение о продолжении решения до непродолжимого. Любое решение уравнения (1) может быть продолжено до непродол-жимого.

Утверждение о глобальной разрешимости. Пусть уравнение (1) является локально явным; Т е (<о,4-сю]. Тогда если для любого ¿1 €■ (¿о. Т) и любого решения <р задачи (1),(2)г определенного на {¿о, ¿1), существует Нгп ~ щ и (¿х,щ) 6 17, то каждое решение задачи

4—♦¿д — 0

(1),(2) может быть продолжено на [¿о,!Г).

Замечание: если в условиях этого утверждения требовать существование предела только для сильных решений, то для таких решений заключение остается верным.

В параграфах 1.2-1.6, 1.9 строятся локально явные модели ряда технических элементов: реле, обобщенного реле, упора, люфта, многопозиционного переключателя и системы "контроль-коррекция". Локально

в

явные уравнения позволяют дать более формальное и компактное описание перечисленных элементов, а как следствие, провести более строгие доказательства их уже известных и новых свойств.

В качестве примера рассмотрим реле — преобразователь с произвольным непрерывным входом <т(£) и выходом, имеющим два возможных значения: 0 и 1, - причем при бг(£) € (/?, а) < а) возможны оба выходных значения, при сг(*) < $ - только 0, при сг(<) > а - только 1. Нулевой выход скачком меняется на единичный при достижении входным сигналом значения а, единичный на нулевой — при достижении 0, Различные описания реле рассматривались многими авторами: Приведем описание, используемое в работе М.А. Красносельского и А.В. Покровского1:

0, если <г(Ь) <

1, если сг(£) > а,

«о если <7 (г) £ (/3,а) при всех г 6 [to,t],

0, если ir(t) G (jS,a) и найдется такое ti € [io,i)» (3)

что a(ii) = и а(т) € а) при всех г € (¿ь *]»

1, если <r(t) € (/9, а) и найдется такое t\ G

что ff(ii) = аи<г(т) € (/?,а) при всех г 6 (ii,i].

Локально явную модель реле можно записать следующим образом:

( 1, если a{t) > а и dt > О, u(t + dt) « < 0, если a{t) < ß и dt > О, (4)

Vu{t) в остальных случаях.

Помимо формы записи модель (4) отличается от (3) тем, что в ней в связи со спецификой локально явных уравнений выходная функция непрерывна слева, в то время как из описания (3) вытекает ее непрерывность справа. Это различие в трактовке мгновенного изменения состояния реле не играет существенной роли. Отметим также, что для модели (4) допустимыми считаются любые пары (а, и), где а € К, и € {0,1}. Это соглашение тоже носит чисто технический характер, поскольку, например,, при начальных значениях &о < ¡3, щ = 1 происходит в соответствии с (4) мгновенный скачок на значение к = 0.

В п. 1.2.9 для реле доказано следующее утверждение о близости выходов в метрике Хаусдорфа. Предположим, что непрерывная на [¿о,Т] функция а в точках локального максимума не принимает значение а, а в точках локального минимума -

Тогда малым возмущениям а в метрике пространства С^д^ соответствуют при одинаковых начальных значениях «о малые отклоне-

1 Кр&аюселъсхжЗ МЛ., Покровский А.В. Светеаш с гистерезисом. - М.: Наука, 1983. - С. 182.

ния выходной функции « б метрике ро, где ра — расстояние по Хау-сдорфу между графиками функций,

Приведем еще одну локально явную модель, описанную в пункте 1.5.2, — модель упора:

a(t + dt) -сг(£), если u(t)e(0,l), u(t + A)-u(t)={ если u(t) = 1,

a(t + dt) — min если u(i) = 0.

t<s<t+dt

Данная модель упора отличается от известной модели, описанной М.А. Красносельским, А.13. Покровским, тем, что;определяется сразу для любых непрерывных, а не только кусочно монотонных входов, в то время как в монографии "Системы с гистерезисом"для рассмотрения произвольных непрерывных входов используется предельный переход от кусочно монотонных входов. Она также отличается от модели, описанной Р.Е. Клоеденом, Б.Н. Садовским, И.Е. Васильевой2, тем, что не требует непрерывной дифференцируемости входа.

В параграфе 1.7 изучается вопрос о единственности решения задачи Коши для локально явных уравнений в классе всех не обязательно сильных решений- В этом параграфе устанавливаются частные признаки единственности.

Например, теорема единственности для уравнения обобщенного реле. Если для любого t справедливо соотношение

dt-++o dt

то любое решение уравнения обобщенного реле

f[cr(t dt)] - /[cr(i)], если a(t) < a,u = f[a{t)] и dt > 0,

g[a(t + dt)] - f [<r{t)], если cr(i) = a, « — /[<r(i)j и dt > 0,

g[a(t + dt)] - рИ<)], если a{t) > p,u = g[c?(t)] и dt > 0,

/[ît(î + dt)] - <?[сг(<)], если o-(i) == /3, u = yH<)] и dt > 0,

0, если dt — 0

ti (f -t-ift)—ti (i ) = <

является сильным.

Предполагается, что / : (—оо, а] —»• К., д : [/3,+оо) -+ К - непрерывные функции и /(х) ф д(х) при х € (Д а).

Кроме того, доказывается обобщенная теорема ван Кампена. Пусть $ : [<о, Т) —+ <р» : (а,Т) —> К" - непрерывные слева функции (з е [¿о, Т)), такие, что <р3{з) = /(з) и - - з) 0.

3 Kloeden Р.Е., Sadovskj B.N., УлчЦуеи» LE. Quaei-fLowa and équations wîth nonlinear diffeientiab. NonUnear Analyse TMA. - 51 (2002). -P. 1143-1158.

Пусть для любых з,р,Ь из удовлетворяющих неравенствам з <

р < выполнено соотношение: Ц<Л>(<) — у>р(*)11 ^ — <£р(р)||,

где функция Ь : [<о»Г) х [¿о, Т) —У [0,.+оо) ограниченна по второму аргументу на любом отрезке. Тогда / =

С помощью этой теоремы устанавливается общая теорема единственности для локально-явных уравнений. Пусть любое сильное решение <р локально явного уравнения (1) продалжимо вправо до Т, т.е. если з < Т и з € £>(<¿0» то <Р продалясимо на [я, Т) как сильное решение. Пусть для семейства всех сильных решений этого уравнения выполнено условие Липшица в следующей форме: если р € Т>(<р) (^¡Х>(ф)

иР<г, то \\<р(г)~№)\\<ь&р)\\ф)~-ф<р)\Ь

функция Ь удовлетворяет условию предыдущей теоремы. Тогда любое решение этого уравнения является сильным и, следовательно, решение задачи Коти с любым допустимым напольным условием обладает свойством единственности вправо.

В параграфе 1.10 проводится сравнение класса локально явных уравнений с квазидифференциальными уравнениями в .смысле Панасю-ка. Показано, что класс квазидифференциальных уравнений после некоторого естественного расширения понятия решения охватывает локально явные уравнения. С другой стороны, установлено, что ни один из классов квазидифференциальных уравнений, для которых доказаны теоремы о разрешимости задачи Коши, не содержит в себе целиком класса локально явных уравнений.

Во второй главе изучаются замкнутые системы, содержащие локально явные уравнения, которые в общем случае можно представить в виде: = V, <Й) + о(Л), (5)

* = /(«,«, ¡с), (б)

где Ау — -Ь ей) — у (4), и, х - значения соответствующих функций в момент £, а - сужение функции х на отрезок [¿, t 4- Л]. Соотношение (6) условно называется "уравнением управляемого объекта", а V - "управлением". Исследуются вопросы о локальной и глобальной разрешимости и единственности решения задачи Коши, а также об устойчивости решений таких систем.

Самая простая и типичная ситуация рассмотрена в параграфе 2.1, где в качестве управления выступает реле, а правая часть во втором уравнении при каждом фиксированном значении V предполагается непрерывной по совокупности переменных (¿, х) и удовлетворяющей по х одностороннему глобальному условию Липшица с коэффициентом, непрерывно зависящим от I. В этих условиях установлена глобальная теорема

существования и единственности задачи Коши, причем установлено, что ' точки смены состояния реле могут сгущаться только на бесконечности. Различные варианты теоремы о глобальной разрешимости и единственности решения задачи Коши системы релейного управления известны в литературе; приведенный вариант отличается более формальным описанием математической модели и, соответственно, формально более строгим доказательством.

В параграфе 2.2 рассматривается система, в которой присутствуют управляющие элементы двух типов. Первый - это ЛГ-переключатель, второй - элемент, описываемый локально явным уравнением с непрерывным выходом ti(í) — в этой роли могут выступать такие элементы, как упор, люфт, в некоторых случаях обобщенное реле.

s(t + di) - s(t) - SKMra(t, «(i), У, dth (7)

u(í + át) - u{t) ¿D(t, s(t + dt),u(t), x\+dt, di); (8)

¿ = /(*.«(*)>«(*).«(*)); (9)

в (7) функция у определяется через и и х формулой

y(i)=K(t,i«(t)f*(t)). (10)

Уравнение (9) в точках разрыва функции s(í) может не выполняться, однако функция x(t) должна сохранять непрерывность.

Система рассматривается вместе с начальными условиями:

s{t0) — «о, u(t0) = "о, a;(to) = (И)

Функция Sk¿í,o. в (7) имеет вид:

{Mi{s) — s, если t — момент входа у в К i, dt > О, О, если t не является моментом входа у ни в одно из Ki или dt — 0,

где К = {Кi : t — 1,Jfe) — набор попарно не пересекающихся замкнутых множеств в Ж^; M — (M¿ : i ~ 1, к) - набор функций, действующих в множестве р = {0,г}, элементы которого называются состошгая-ми Âf-переключателя, а - параметр, принимающий значение 0 или 1 и определяющий поведение переключателя в начальный момент времени. Точка t 6 Т>{у) называется моментом входа функции у в множество Ki, если (£, y(t)) 6 Ki и выполнено одно из следующих двух условий: либо t - левый конец Т>{у) и а — 1; либо (г, у(т)) ^ Ki на некотором интервале с правым концом в точке £.

Пусть V - замкнутое множество в 3Rm; UXû, U^ - открытые окрестности точек ¡со» «о в Rn и соответственно. Относительно / и У предполагается, что

функция (¿,я,и,<И) £>(<,я,«,<И) определена при £ € (Н> 0— фиксированный параметр),

в е рл и € V, <р е с([г, *+<Щ, ад, м е [о, +оо); принимает значения в Ж.т и выражение £>(£, в, и, <Й) непрерывно по сЙ, если функция х непрерывна;

при замене + на € р для любой функции х б С([«ь <х + ^1], Цгс) уравнение (8) является локально явным;

13 удовлетворяет условию Липшица по четвертому аргументу :

функция / : 4- Л) х р х х непрерывна по первому аргументу и удовлетворяет условию Липшица по третьему и четвертому аргументам ИД*,<7,V,£) - и,©Ц*« < ¿/(Ц« - + ||е - си*.);

V : [*о,*о + Л) X V х К*.

Если в уравнениях (8), (9) заменить + (Й) и на фиксированное € р, то получится замкнутая система с неизвестными «(<), ас(£). Предполагается, что

для любого решения (и(£),а:(4)) такой системы и функции у(£),описываемой равенством (10), (17)

уравнение (7) является локально явным.

Это условие, например, выполнено, если функция У непрерывна и функции М^ связанные с М-переключатёлем, постоянны на р.

Теорема о локальной разрешимости. При выполнении условий (12) — (17) задача (7) — (11) имеет решение на некотором промежутке [¿о, Т). И на любом промежутке решение единственно.

В условиях теоремы о локальной разрешимости через (^(^о.Чь^о) обозначим значение в момент 4 решения системы (7) — (10) равное («о> Йь ^о) при * — ¿о- Отметим, что в силу единственности решения оператор однозначно определен. Обозначим, т = вирХ>(<р), где <р(1) — ^о)-Из теоремы о локальной разрешимости следует, что г > <о и г ^ Х>(<р).

Теорема о глобальной разрешимости. Рассматривается система (7) - (10). Предполагается, что = К", и^ К"1, £0+Л — Т < +оо и выполнены условия (12), (14) - (17), причел* условие Липшица в (14) и (15) локальное. Кроме того,

для любой функции х € С([£о,Зг1),1Еп) уравнение (8) с начальным значением «о £ Vимеет ограниченное решение на [¿о (Ц < Т);

(13)

(14)

(15)

(16)

(/(f,s, < Lr(\m2) при IJujj < r , неубывающая функция

LT удовлетворяет условию Осгуда на бесконечности. Достаточно требовать, чтобы последнее условие было выполнено лишь при больших по норме

Тогда s(i) имеет на [to, т) бесконечно много скачков или т = Т. Основным отлитием системы, рассмотренной в параграфе 2.3, является то, что на правую часть уравнения управляемого объекта ни в какой -форме не накладывается условие Липшица. При этом предполагается, что правая часть локально явного уравнения (5) непрерывно зависит от аргумента - это условие выполнено, например, для уравнений упора и люфта. В этих условиях решение задачи Копш не обязательно единственно и, возможно, существует лишь на маленьком промежутке ([5]). Доказательство локальной теоремы существования проведено с помощью принципа Шаудера.

Параграфы 2.4 и 2.5 посвящены задаче об устойчивости решений системы, моделирующей один из вариантов регулятора температуры. Для характеризации степени устойчивости применяется понятие ф-устойчивости, которое является обобщением известного понятие экспоненциальной устойчивости. Анализу этого понятия и его частного случая р-устойчивостщ а также признаков р- и ^-устойчивости так называе-. мых обобщенных динамических систем, посвящен параграф 2.4. Его результаты используются в параграфе 2.5 для исследования ^устойчивости решений одного класса систем релейного управления, которые можно рассматривать как математические модели процесса регулирования температуры.

Обобщенной динамической системой называется семейство А непрерывных функций, каждая из которых определена на некотором числовом промежутке / С1и принимает значения в пространстве R", Входящие в А функции называются ее решениями.

В пункте 2.4.1 рассмотрены примеры обобщенных динамических систем, в частности, связанные с локально явными уравнениями и системами, включающими такие уравнения.

В пунктах 2.4.2 и 2.4.3 приводятся основные определения. Пусть Тр : / —¥ — выделенное решение обобщенной системы A, € I — начальный момент, Uq = {(А а) '■ t Е I,t > t0, а > 0}, фо : i/o —» [О, +оо) - непрерывная функция, возрастающая (нестрого) по второму аргументу; U — {(í,fx,a) : € /,í > tu а > 0}, ф : U —► [0,-t-oo) -непрерывная функция, возрастающая (нестрого) по третьему аргументу.

Решение Тр обладает свойством фо-устойчивости, если 3(Д > 0) V(<p G A) V(f € 2>(y>)fU t > to) []\<p(to) - ЩШ < Д

\Ш - ш\\ < Mt> \\<p(to) - ШШ-

Если I = [¿о, +oo) и а) О при а О равномерно относительно то из Vo-устойчивости вытекает устойчивость по Ляпунову. Если, кроне того, а) —у 0 при t +00, то из ^-устойчивости вытекает асимптотическая устойчивость.

Решение ф обладает свойством ф-устойчивости, равномерной относительно начального момента ([1]), если'

Э(Д > о) v(*> е A) V(i,ti G Ы*) ~ Ш\\ < Ы*г) -

Из ^-устойчивости, равномерной относительно начального момента, очевидно, вытекает ^о-устойчивость .

Решение обладает свойством степенной устойчивости с показателем ро {ро~устойчиво), если

3(ро > о,д > о,м > о) ч(<р е A) v(t € Щ<р)Г\1 • t > ц) [|И<0-

<p{to)И < А \\<p{t) - jp{t)II < M/(t - f0)*>].

Степенная, или ро-устойчивость, очевидно, является частным случаем ^устойчивости - в этом случае функция а) от а не зависит. Если обобщенная система рассматривается на I — [to,+oo) и обладает свойством непрерывной зависимости решений от начальных значений на конечных промежутках, то ^устойчивость влечет асимптотическую устойчивость.

Решение обладает свойством степенной устойчивости, равномерной относительно начального момента, с показателем р (р~ равномерно устойчиво), если

Э(р > 0,Л > 0,М > 0) е A) V(i,ii € : * > fi) [1И*1 -

ЩН)\\ < д ¡И*) - т\\ < M/{t - ш

Показано, что из экспоненциальной устойчивости, равномерной относительно начального момента, следует степенная устойчивость, равномерная относительно начального момента, с любым показателем р.

Наряду с обобщенной системой А рассматривается система А^, состоящая из функций $>(t) = (p{t) — где <р € Ау t € 1{\Т>{у>). Обобщенная система Ар по отношению к Л и заданному ее решению <р называется приведенной.

Очевидно, решение Тр обобщенной динамической системы А обладает одним из свойств устойчивости, если и только если соответствующим свойством обладает нулевое решение приведенной системы.

В пунктах 2.4.6 и 2.4.7 доказаны теоремы о ф- и р-устойчивости. Теорема о ^устойчивости, равномерной относительно начального момента. Пусть для обобщенной системы существуют непрерывная скалярная функция V{t, х) и такие числа 7, г, R, b, Н, а >

что:

1) V((i, x):t€l, ||s|| < Я) [r||x||> < V(f,x) < Я|Н|*};

2) V(V € A) V(t € ©(*»)) [|Н*)|| < Я DmV(t, <p(t)) < -7V*(*. <p(i))}.

•Тогда нулевое решение обобщенной системы ф-устойчиво равномерно относительно начального момента, причем

при а > 1,

ф — соое"?^"*^ при а = 1, ф - [((сьа)-^ + 7Ci(i - ii))+]1/tel при а < 1, где со == (Я/г)1/6; ci — а — 1; — 7CirPl.

Замечание. flÜjrwrctityi У удовлетворяет условию 2) теоремы и, кроме того,

«) V(iö,«) < Я]|хЦ4 при ||х|| < Я,

6) V((i, i):iGJ, Цх|| < Я) [г||х]|ь < V(i, *)], то нулевое решение обобщенной системы фо-устойчиво, причел*

а) = соо(1 + сг(г - fc)«**)-1/»* "P« а > 1, ipo[ty а) = ооае™?^"^ при а = 1,

о) = [((соа)-^ + 7Ci(i - ¿o))+]1/bci при а < 1.

Поскольку указанные функции стремятся к нулю как при а —у О (равномерно относительно i), так и при t —» +оо, в условиях замечания при I == [¿о, Ч-оо) нулевое решение асимптотически устойчиво.

Теорема о р-равномерной устойчивости. Пусть для обобщенной системы существуют непрерывная скалярная функция V(t, х) и такие числа 7, г, Ь, Я > 0 и а > 1, что.:

1J V((*,x) : t € Д ||*Ц < Я) [г||х||А < V(«,®)];

2)Vfo> £ А) V(i е Х>И) t!lv(t))ll <Я=* D*V{tMt)) < -7Ve(t,y(t))];

3) V(<, x) —► 0 'nptt» —f 0 раемсшерно относительно t.

Тогда нулевое решение р~равномерно устойчиво (р = щ).

Замечание. Для ро-устойчивости (ро = ^гщ) вместо условия 3) достаточно потребовать, чтобы V(to, х) О при х 0.

В параграфе 2.5 рассмотрена-система "регулятора температуры", состоящая из трех уравнений, которые описывают изменение состояния реле s € {0,1} и температуры х в зависимости от времени t.

Уравнение реле:

а

t ф)

если x(i) > ос и dt > 0, 0, если x(f) < ß и dt > 0, (18)

в остальных случаях.

Уравнение нагревания: при s — 0 х = /(t, х). (19)

Уравнение охлаждения: при s 1 х ~ — ft,(x). (20)

Предполагается, что:

функции /(<,#), Ь{х) непрерывны при всех вещественных , ^ и принимают значения в [тп, М\, где т > 0.

Показано, что любое решение Х(£)) системы (18)-(20) продол-жимо на [¿о, -Ноо), причем полуось разбивается на промежутки —

1к+1] монотонности функции X. Сужение X на 7* обозначается Х^ а обратная функция Т*. Если 50 = 0, то /2, - промежутки возрастания, /я+1 - убывания.

В пункте 2.5.3 ставится задача о ^-устойчивости рассматриваемой системы. Пусть (5, X) — фиксированное решение с областью определения I — [¿о,+оо); о) - функция, определенная при * > ¿о, а > 0 и нестрого возрастающая по а. Решение (¿7, X) фу-устойчиво относительно возмущений X в момент t — если существует такое Л > 0, что для любого определенного на I решения (5, X), удовлетворяющего условиям 5(<о) = „ Х(<о)1 < Д)

выполняется неравенство

\х{г) -Х(*)| < (* е I).

Для определенности считается, что

Що) = = 0, Х(<0) - я0 < а, Х(<0) = х0 < а. (22)

Если рассмотреть множество всех заданных на I решений (£?, X) системы (18)-(20), (22), то соответствующие функции X образуют обобщенную динамическую систему. Сформулированное выше определение означает, что решение X этой системы ^о-устойчиво.

В пункте 2.5.5 доказывается теорема о -(^-устойчивости X. Предположим, что выполнено условие (21) и следующее дополнительное условие: существует такое Н > 0, что при любом целом » > 0 и любых I их, удовлетворяющих неравенству ¡¿—Тй(х)| < Н, выполняется

неравенство _____

[П^х)^/{Т2<(х),х№-Т2{(х)) > з1<-ГИ(х)|2Д (А,<г>0).

Тогда решение (5, X) фа-устойчиво относительно возмущений X в момент ¿о с функцией фо, которая в зависимости от А имеет один из следующих трех видов:

при А > 1 = <

при А = 1 Фо{1, а) =

при А < 1 ») = С4[(а2^-1> - - ¿о))+]Лт,

где с\ — с§ - положительные константы^ (у)+ = тах{0, у}.

Публикации автора по теме диссертации

1. Прядко И.Н. ■^-устойчивость / И.Н. Прядко // Труды матемахиче- , ского факультета вып. 5 (новая серия) : сб. науч. тр. / Воронеж, гос. ун-т. - Воронеж, 2001. - С. 161.

2. Прядко И.Н. О некоторых вариантах понятия устойчивости / И.Н. Прядко // Воронежская зимняя математическая школа: тез. докл.

- Воронеж, 2002. - С. 71.

3. Прядко И.Н. О моделировании некоторых гистерезисных элементов локально явными уравнениями / И.Н. Прядко, Б.Н. Садовский" // Современные проблемы функционального анализа и дифференциальных уравнений: тез. докл. конф, 30 йюня-4 июля, Воронеж, 2003 г. - Воронеж, 2003. - С. 196-197.

4. Прядко И.Н. О локально явных моделях некоторых негладких систем / И.Н. Прядко, Б.Н. Садовский // Автомат, и телемех. - 2004.

- №10. - С. 40-50.

5. PiyadJco I.N. On the Cauehy problem for systems containing locally explicit equations / I.N. Piyadko // Z. Anal, und Anwend. - 2004. - 23, № 4. - P. 819-824.

6. Pryadko I.N. and Sadovsky B.N. On locally explicit equations and systems with switching / I.N. Pryadko and B.N, Sadovsky // Func. Diff. Equat.

- 2006. - 13 , № 3-4. - P. 571-584.

7. Прядко И.Н. Пример моделирования существенно разрывного процесса с помощью локально явного уравнения / И.Н. Прядко // Воронежская зимняя Математическая школа С.Г. Крейна : тез. докл, Воронеж, 2006 г. - Воронеж : ВорГУ, 2006; - С. 84.

8. Прядко И.Н. Об одной системе, описываемой локально явными уравнениями / И.Н. Прядко // Труды математического факультета вып. 10 (новая серия): сб. науч. тр. / Воронеж, гос. ун-т. - Воронеж : На-

Подписано в печать 6.10.2006. Формах 60x84/16. Усл. п. л. 1,0. Тираж 100. Заказ 771.

Издательско-полиграфический дентр Воронежского государственного университета. 394000, г. Воронеж, Университетская площадь, 1, ком.43, тел.208-853. Отпечатано в лаборатории оперативной печати ИПЦ ВГУ.

учная книга, 2006. - С. 131-135.

lOty^U СПИСКУ'

Введение

1 Основные теоремы о локально явных уравнениях

1.1 Основные свойства локально явных уравнений

1.1.1 Критерий локальной явности.

1.1.2 Утверждение о единственности.

1.1.3 О записи локально явного уравнения без о(сИ) для класса сильных решений.

1.1.4 Утверждение о продолжении решения до непродолжимого.

1.1.5 Утверждение о глобальной разрешимости

1.2 Уравнение реле.

1.2.1 Феноменологическое описание реле с гистерезисом

1.2.2 Модель реле в виде локально явного уравнения

1.2.3 Теорема существования и единственности для уравнения реле.

1.2.4 О характере локальной зависимости решения от входа.

1.2.5 Монотонность по входам.

1.2.6 Монотонность по пороговым значениям

1.2.7 Непрерывная зависимость выхода от входа

1.2.8 Определение метрики в пространстве функций

1.2.9 О близости выходов в метрике Хаусдорфа

1.2.10 Приближенная модель реле в виде дифференциального уравнения.

1.3 Обобщенное реле.

1.3.1 Математическая модель обобщенного реле

1.3.2 Существование и единственность решения

1.4 Оператор упора.

1.4.1 Феноменологическое описание упора.

1.4.2 Математическая модель упора.

1.4.3 Теорема существования и единственности

1.5 Оператор люфта.

1.5.1 Феноменологическое описание люфта.

1.5.2 Математическая модель люфта.

1.5.3 Теорема существования и единственности

1.5.4 Связь операторов упора и люфта.

1.5.5 Условие Липшица относительно входной функции

1.5.6 Условие Липшица относительно входной функции для оператора упора.

1.5.7 Утверждение об эквивалентности моделей

1.6 М-переключатель.

1.6.1 Описание и математическая модель.

1.6.2 Реле как М-переключатель.

1.6.3 Условия локальной явности.

1.6.4 Теорема о глобальной разрешимости.

1.7 Условия единственности решения задачи Коши

1.7.1 Пример отсутствия единственности для не сильных решений уравнения обобщенного реле

1.7.2 Теорема единственности для уравнения обобщенного реле.

1.7.3 Теорема единственности для М-переключателя

1.7.4 Обобщенная теорема ван Кампена.

1.7.5 Теорема единственности для локально явных уравнений.

1.7.6 Теорема единственности для уравнений упора и люфта.

1.8 Альтернативные модели оператора упора

1.8.1 Модель упора для кусочно монотонных входов

1.8.2 Замечание об эквивалентности для уравнений с нелинейными дифференциалами.

1.8.3 Теорема существования и единственности решения задачи Коши для ¿о > 0.

1.8.4 Отсутствие решения для Ц = 0.

1.8.5 Модель упора для непрерывно дифференцируемых входов.

1.9 Система "контроль-коррекция".

1.9.1 Общее описание системы

1.9.2 Математическая модель.

1.9.3 Утверждение о локальной явности

1.10 Сравнение с квазидифференциальными уравнениями

1.10.1 КДУ и его решения.

1.10.2 Локально явное уравнение как КДУ.

1.10.3 Теорема о непрерывных решениях КДУ

1.10.4 КДУ с разрывными решениями.

2 Системы, содержащие локально явные уравнения

2.1 Замкнутая система с реле.

2.1.1 Постановка задачи.

2.1.2 Теорема о дифференциальном неравенстве

2.1.3 Теорема о глобальной однозначной разрешимости задачи Коши.

2.2 Система с М-переключателем.

2.2.1 Постановка задачи.

2.2.2 Теорема о локальной разрешимости.

2.2.3 Замечание об операторе сдвига.

2.2.4 Теорема о глобальной разрешимости.

2.2.5 Пример.

2.2.6 Пример системы с бесконечным числом переключений

2.3 Замкнутая система с гистерезисным элементом типа упора

2.3.1 Постановка задачи.

2.3.2 Теорема о локальной разрешимости.

2.4 О ^-устойчивости решений обобщенных динамических систем.

2.4.1 Определение и примеры обобщенных динамических систем.

2.4.2 Определение -^-устойчивости; примеры

2.4.3 Определение степенной устойчивости с показателем р; примеры; сравнение с экспоненциальной устойчивостью.

2.4.4 Приведенная система

2.4.5 Лемма о функции типа Ляпунова.

2.4.6 Теорема о ^-устойчивости, равномерной относительно начального момента.

2.4.7 Теорема о р-равномерной устойчивости

2.4.8 Пример: система с вырожденной линейной частью

2.5 ^-Устойчивость поведения "регулятора температуры"

2.5.1 Общий вид рассматриваемой системы.

2.5.2 Решения системы

2.5.3 Постановка задачи о ^-устойчивости.

2.5.4 Об обратных уравнениях.

2.5.5 Теорема о ^-устойчивости X.

2.5.6 Пример.

В диссертации рассматривается новый класс уравнений, предназначенных для описания негладких полудетерминированных процессов. Дифференциальным уравнениям, допускающим негладкие решения, посвящена обширная литература.

Прежде всего это литература по теории обобщенных функций, на основе которой изучаются линейные и некоторые нелинейные дифференциальные уравнения с негладкими и, возможно, разрывными решениями ([37], [17], [18], [36], [5]).

Другое направление связано с представлением дифференциальных уравнений в виде интегральных, которые допускают менее гладкие решения ([42], [37], [30], [45], [46]).

Для изучения гистерезисных явлений, которые также приводят к рассмотрению негладких эволюционных процессов, в [10] разработана специальная функционально-аналитическая техника.

Большое количество работ посвящено изучению негладких поведений систем, испытывающих импульсные воздействия ([19], [35], [47], [15], [16]).

Данная диссертация примыкает к направлению, связанному с изучением нового класса уравнений, которые называются квазидиф-ференциалъными, или уравнениями с нелинейными дифференциалами ([23], [25], [43]). В ней вводится и изучается новый класс таких уравнений, которые названы локально явными.

Основную идею теории дифференциальных уравнений с нелинейным дифференциалом можно пояснить следующим образом. Рассмотрим обыкновенное дифференциальное уравнение, записанное в нормальной форме:

Его можно переписать "в дифференциалах":

1х = /(¿, х)скЬ или, далее, в приращениях:

Ах = + о(<Й), где Аж = х{1 + сИ) — х{Ь). Оказывается, что имеет смысл рассматривать уравнение последнего вида и в том случае, когда первое слагаемое в правой части зависит от М нелинейно. Запишем его в обозначениях, которые применяются в основном тексте диссертации: и(г + в£) - и(г) = 1>(£,гг(£),<Й) + о(скЬ). (2)

Всюду в диссертации предполагается, что переменная с1£ принимает неотрицательные значения; в связи с этим к решениям предъявляется требование непрерывности слева, поскольку без этого требования решение может иметь произвольные скачки. Такое расширение класса обыкновенных дифференциальных уравнений позволяет вообще рассматривать эволюционные уравнения в метрических пространствах, не имеющих линейной структуры, поскольку уравнение (2) может быть записано в следующем виде:

-7+0 дЛ

В последнем уравнении = и{Ь) + £)(£, однако отображение ^ может быть тем или иным способом определено и в пространстве без линейной структуры. Например, первым применением теории квазидифференциальных уравнений было изучение уравнения интегральной воронки, в котором значениями решений являются не элементы пространства Мп, а множества в этом пространстве - сечения интегральной воронки. В этом была исходная мысль теории квазидифференциальных уравнений ([24], [27]).

Другая отличительная черта уравнения (2) заключается в том, что оно позволяет описывать некоторые существенно негладкие процессы в пространствах с линейной структурой. Это свойство уравнения (2) используется и изучается в данной диссертации. Мы не применяем термин "квазидифференциальное"уравнение, поскольку в литературе он имеет различные смысловые значения ([25], [2], [41]), а называем (2) уравнением с нелинейным дифференциалом.

Уравнение (2) может иметь так называемые сильные решения, для которых при любом t величина o(dt) при достаточно малых положительных dt равна нулю. Уравнения типа (2), которые при любых допустимых начальных условиях имеют сильные решения, называются в данной работе локально явными. Класс таких уравнений допускает двоякое описание. В диссертации в качестве основного определения локально явного уравнения принято требование, чтобы оно обладало локальным полугрупповым свойством, т.е. соответствующий "квазипоток"

7l+dtu = и + D(t, и, dt) должен удовлетворять тождеству l\lltu = ^N для ti, ¿2, достаточно близких к t (степень близости может зависеть от t) и удовлетворяющих неравенствам t < t\ < ¿2

Диссертация состоит из двух глав. В первой главе вводятся основные понятия, связанные с локально явными уравнениями, доказываются теоремы о локальной и глобальной разрешимости задачи Коши и о единственности решения. Рассмотрен ряд примеров моделирования элементов управляющих систем на основе локально явных уравнений. Глава состоит из десяти параграфов.

В первом параграфе описаны общие условия, в которых рассматривается уравнение с нелинейным дифференциалом (2), определенно понятие сильного решения, введены два эквивалентных определения локально явного уравнения: в терминах локального полугруппового свойства квазипотока и в терминах локальной разрешимости задачи Коши в классе сильных решений при любых допустимых начальных условиях. Доказаны утверждения о единственности (вправо) сильного решения задачи Коши, о локальной и глобальной разрешимости задачи Коши, о продолжимости любого решения до непродолжимого. Введена условная запись локально явного уравнения, не содержащая слагаемого о(в£).

В параграфах 1.2-1.6,1.9 рассматриваются примеры математического моделирования с применением локально явных уравнений. Во втором параграфе строится новая модель неидеального реле. Этот пример показывает, что дифференциальное локально явное уравнение позволяет естественно описывать гистерезисный характер поведения объекта. Традиционные описания неидеальных релейных элементов выражают зависимость выходной функции от предыстории (возможно, далекой) поведения входа и выхода, в то время как локально явные уравнения определяют ближайшую перспективу поведения выходной функции только в зависимости от значений входа и выхода в данный момент. Благодаря этому описания гистерезис-ных элементов с помощью локально явных уравнений оказываются более компактными. Например, для неидеального реле с пороговыми значениями (3 < а и выходом, принимающим значения 0 и 1, приращение выходной функции, соответствующей достаточно малому ненулевому приращению времени, равно 1, если выход в данный момент равен нулю, а вход верхнему порогу а, —1, если вход равен 1, а выход нижнему порогу /3, и 0 во вех остальных случаях это есть полное локально явное описание неидеального реле (напомним, что всегда присутствует требование непрерывности решения слева). В новой модели для реле установлен ряд известных свойств, а также некоторые ранее в литературе, по-видимому, не встречавшиеся - например, условие непрерывной зависимости выхода от входа и специальная метрика для описания этой зависимости. В последнем пункте описана модель реле, предназначенная для численного анализа систем релейного управления с помощью стандартной программы МаШетаМса 5. Входная функция в этой модели предполагается непрерывно дифференцируемой, а сама модель записывается как обыкновенной дифференциальное уравнение с гладкой правой частью.

В параграфах 1.3-1.5 рассматриваются модели в виде локально явных уравнений трех других преобразователей гистерезисного типа, используемых в системах управления: обобщенного реле, упора и люфта. Обобщенное реле отличается от описанного в предыдущем параграфе тем, что выходные значения 0 и 1 заменены непрерывными выходными функциями, которые в точках а и ¡3 могут принимать одинаковые значения - в этом случае выходная функция при любом непрерывном входе оказывается непрерывной. Доказано утверждение о глобальной однозначной разрешимости задачи Коши в классе сильных решений. Модель упора, построенная в параграфе четыре, отличается от описанной в [10] тем, что определяется сразу для любых непрерывных, а не только кусочно монотонных входов, в то время как в [10] для рассмотрения произвольных непрерывных входов используется предельный переход от кусочно монотонных входов. Как и в предыдущем параграфе, с помощью общих утверждений о локально явных уравнениях из параграфа 1.1 доказана теорема о глобальной разрешимости и единственности сильного решения задачи Коши. Для упора и рассмотренного в следующем параграфе оператора люфта не совсем очевидной является связь моделей в виде локально явных уравнений с моделями в [10], построенными с помощью предельного перехода. Для решения этого вопроса доказано условие Липшица относительно входной функции для оператора люфта, а через связь между упором и люфтом и для оператора упора.

В шестом параграфе рассмотрена локально явная модель переключателя, который, по-видимому, впервые изучался в работе А.Д.Мышкиса и А.Я. Хохрякова [21]. В диссертации такой тип многопозиционного переключателя назван М-переключателем. Использование теории локально явных уравнений позволило расширить условия, при которых М-переключатель является полудетерминированным преобразователем.

Седьмой параграф посвящен вопросу о единственности вправо решений задачи Коши для локально явных уравнений. В параграфах 1.2-1.5 для построенных моделей изучался вопрос о единственности в классе сильных решений. Однако локально явное уравнение может иметь не только сильные решения. Такая ситуация возможна, например, для обобщенного реле - соответствующий пример приведен в пункте 1.7.1. Условие единственности для обобщенного реле установлено в теореме 1.7.2: оно заключается в том, чтобы функции / и д, входящие в описание обобщенного реле, не касались друг друга. Для уравнения реле, описанного в параграфе 1.2, это условие выполнено автоматически. В пункте 1.7.3 для уравнения М-переключателя доказано, что найденные условия локальной явности этого уравнения гарантируют, что любое решение является сильным. Для получения общих условий единственности ( пункт 1.7.5) доказано обобщение известной теоремы ван Кампена [38]. Ее основное условие заключается в том, чтобы зависимость сильных решение от начальных значений удовлетворяла условию Липшица. В пункте 1.7.6 показано, что для уравнений упора и люфта это условие выполняется, и тем самым установлена однозначная разрешимость задачи Коши вправо.

В восьмом параграфе описаны отличные от предложенной в 1.4.2 модели упора. Уравнение, описанное в пункте 1.8.1, имеет более простой вид, однако оно является локально явным и эквивалентно (5), (21) только для кусочно монотонных входов и может не иметь решения для некоторых непрерывных входов. Модель упора в 1.8.5, предложенная в [43], требует непрерывной дифференцируемости входной функции и для таких входов эквивалентна модели 1.4.2.

В параграфе 1.9 рассматривается математическая модель одной системы управления, условно называемой "контроль-коррекция". Система состоит из двух уравнений с нелинейными дифференциалами, одно из которых определяет моменты контроля-коррекции, другое - описывает состояние процесса. Данная система показывает, что решения локально явных уравнений могут быть существенно разрывными.

В параграфе 1.10 проводится сравнение класса локально явных уравнений с "квазидифференциальными уравнениями "в смысле Па-насюка. Показано, что класс квазидифференциальных уравнений после некоторого естественного расширения понятия решения охватывает локально явные уравнения. С другой стороны, установлено, что ни один из классов квазидифференциальных уравнений, для которых доказаны теоремы о разрешимости задачи Коши, не содержит в себе целиком класса локально явных уравнений.

Во второй главе диссертации изучаются замкнутые системы, содержащие локально явные уравнения, которые в общем случае можно представить в виде: г+сй

3)

4)

Здесь х, V, х - значения соответствующих функций в момент I, а х\+(],ь - сужение функции х на отрезок [¿, /, + гЙ]. Соотношение (4) условно называется "уравнением управляемого объекта", а V - "управлением". Исследуются вопросы о локальной и глобальной разрешимости и единственности задачи Коши, а также об устойчивости решений таких систем. Глава состоит из пяти параграфов.

В параграфе 2.1 в качестве управления выступает выходной сигнал и реле, для которого входная функция имеет вид а(£) = где р ~ непрерывная скалярная функция. Допускается, чтобы уравнение управляемого объекта не выполнялось в точках разрыва функции и({), однако в этих точках х({) должна сохранять непрерывность. Предполагается, что функция / непрерывна по совокупности переменных (¿, ж) и по ж удовлетворяет одностороннему глобальному условию Липшица с коэффициентом, непрерывно зависящим от t. Теорема, доказанная в пункте 2.1.3, утверждает, что задача Коши в этих условиях однозначно разрешима на всей правой полуоси. В частности, это означает, что точки смены состояния реле могут сгущаться только на бесконечности. Близкие к данной теореме утверждения в различных вариантах в литературе известны. Приведенная теорема демонстрирует возможности применения новой математической модели реле при исследовании систем подобного рода.

Во втором параграфе рассматривается система, в которой присутствуют управляющие элементы двух типов. Первый - это М-переключатель, локально явная модель которого изучена в параграфе 1.6; он имеет разрывный дискретный выход Второй также описывается локально явным уравнением, но имеет непрерывный выход - в этой роли могут выступать такие элементы, как упор, люфт, в некоторых случаях обобщенное реле. При исследовании данной системы отдельно рассмотрены вопросы о локальной и глобальной разрешимости задачи Коши. В теореме о локальной однозначной разрешимости на функцию / в уравнении управляемого объекта накладывается несколько более жесткое по сравнению с предыдущем параграфом двустороннее условие Липшица по и и х. При доказательстве глобальной теоремы использовано традиционной условие ограничения роста / по х на бесконечности, которое в предыдущем параграфе следует из глобального условия Липшица. Уравнение М-переключателя не всегда является локально явным, поэтому такие системы имеют свою специфику. В частности, для них возможен вариант непродолжимости решения за некоторую точку т из-за бесконечного числа переключений до этой точки. В двух последних пунктах описаны конкретные примеры систем, рассмотренных в данном параграфе. Оба примера удовлетворяют условиям глобальной теоремы об однозначной разрешимости, однако в первом случае решение существует на всей правой полуоси, а во втором только на конечном полуинтервале.

В параграфе 2.3 изучен вопрос о локальной разрешимости задачи Коши в ситуации, когда правая часть уравнения управляемого объекта, возможно, ни в какой форме не удовлетворяет условию Липшица по переменной х. В данном случае применение принципа сжимающих отображений, который является основным инструментом в предыдущем параграфе, невозможно, более того, задача Коши может иметь не единственное решение. В рассмотренных условиях вопрос о разрешимости задачи Коши оказалось возможным свести к задаче о неподвижной точке некоторого интегрального оператора, действующего и вполне непрерывного в пространстве непрерывных функций. Для этого оператора найдено выпуклое замкнутое инвариантное множество. Таким образом, существование неподвижной точки вытекает из принципа Шаудера.

В двух заключительных параграфах главы рассматривается задача об устойчивости решений системы, моделирующей некоторый вариант регулятора температуры. Степень устойчивости выделенного решения характеризуется специальной функцией ф, оценивающей расстояние от произвольного решения до выделенного в зависимости от времени и расстояния в начальный момент, - такая модификация понятия устойчивости вводится и изучается в четвертом параграфе. Она называется в диссертации "ф-устойчивостъюпи исследуется также в частном варианте степенной устойчивости с показателем р, или р-устойчивости. Формальные определения и признаки ф- и р-устойчивости описываются в параграфе 2.4 для весьма широкого класса "обобщенных динамических систем".

Собственно задаче об устойчивости решений системы, включающей локально явное уравнение, посвящен параграф 2.5. Рассматриваемая система аналогична исследованной в пункте 2.2.5, однако при изучении устойчивости на функции не накладывается условие Липшица, в связи с чем решение задачи Коши может не обладать свойством единственности. При некоторых условиях с использованием результатов предыдущего параграфа установлены признаки фи р-устойчивости выделенного решения такой системы.

1. Введение в теорию многозначных отображений и диффферен-циальных включений / Ю.Г. Борисович и др.]. - М. : КомКнига, 2005. - 216 с.

2. Ватолкин М.Ю. О представлении решений квазидифференциального уравнения / М.Ю. Ватолкин // Изв. вузов. Матем. -1995. № 10. - С. 27-34.

3. Данфорд Н. Линейные операторы. Общая теория / Н. Данфорд, Дж.Т. Шварц. М. : ИЛ, 1962. - 896 с.

4. Демидович Б.П. Лекции по математической теории устойчивости / Б.П. Демидович. М. : Наука, 1967. - 332 с.

5. Завалищин С.Т. Специальные нелинейные дифференциальные уравнения в обобщенных функциях / С.Т. Завалищин // Дифферент уравнения. 1990. - Т. 26, № 8. - С. 1316-1323.

6. Зубов В.И. Устойчивость движения / В.И. Зубов. М. : Высшая школа, 1984. - 232 с.

7. Зубов C.B. Устойчивость периодических решений в системах с гистерезисом /C.B. Зубов // Нелинейный анализ и его приложения : тез. докл. междунар. конгр, Москва, 1-5 сент. 1998 г. -М., 1998. С. 293-307.

8. Картан А. Дифференциальное исчисление. Дифференциальные формы / А. Картан. М. : Мир, 1971. - 392 с.

9. Красносельский A.M. О континуумах циклов в системах с гистерезисом / A.M. Красносельский, Д.И. Рачинский // Доклады РАН. 2001. - Т. 378, № 3. - С. 314-319.

10. Красносельский М.А. Системы с гистерезисом / М.А. Красносельский, A.B. Покровский. М. : Наука, 1983. - 272 с.

11. Красносельский М.А. Оператор сдвига по траекториям дифференциальных уравнений / М.А. Красносельский. М. : Наука, 1966.- 332 с.

12. Любопытнова О,Л. К теореме Осгуда о единственности решения задачи Коши / О.Л. Любопытнова, Б.Н. Садовский // Дифферент уравнения. 2002. - Т. 38, № 8. - С. 1213-1216.

13. Мельник Т.А. Обощение теоремы А.Н. Тихонова для квазидифференциальных уравнений / Т.А. Мельник, В.А. Плотников // Дифференц. уравнения. 1997. - Т. 33, № 8. - С. 1030-1034.

14. Мельник Т.А. Итерационный метод решения смстем квазидифференциальных уравнений с медленными и быстрыми переменными / Т.А. Мельник // Дифференц. уравнения. 1997. - Т. 33, № 10. - С. 1329-1333.

15. Миллер Б.М. Задача нелинейного импульсного управления объектами, описываемыми дифференциальными уравнениями с мерой. 4.1/ Б.М. Миллер // Автомат.и телемех. 1978. - № 1. -С. 75-85.

16. Миллер Б.М. Задача нелинейного импульсного управления объектами, описываемыми дифференциальными уравнениями с мерой. Ч. 2 / Б.М. Миллер // Автомат.и телемех. 1978. - № 3. -С. 34-42.

17. Миллер Б.М. Обобщенные решения в нелинейных задачах оптимизации с импульсными управлениями. I. Проблема существования решения / Б.М. Миллер // Автомат.и телемех. 1995. -№ 4. - С. 62-76.

18. Миллер Б.М. Обобщенные решения в нелинейных задачах оптимизации с импульсными управлениями. И. Представление решений с помощью дифференциальных уравнений с мерой /Б.М. Миллер // Автомат.и телемех. 1995. - № 5. - С.56-70.

19. Мильман В.Д. Об устойчивости движения при наличии толчков / В.Д. Мильман, А.Д. Мышкис // Сиб. мат. ж. i960. - № 2 -С. 233-237.

20. Мовчан A.A. Устойчивость процессов по двум метрикам / A.A. Мовчан // Прикл. мат. и мех. 1960. - Т. 24, - С. 988-1001.

21. Мышкис А. Д. Бушующие динамические системы. I. Особые точки на плоскости / А. Д. Мышкис, А. Я. Хохряков // Мат. сб. 1958. - Т. 45, № 3. - С. 401-414.

22. Панасюк А.И. Об одном уравнении, порождаемом дифференциальным включением / А.й. Панасюк, В.И. Панасюк // Мат. заметки. 1980. - Т. 27, № 3. - С. 429-436.

23. Панасюк А.И. Квазидифференциальные уравнения в метрических пространствах / А.И. Панасюк // Дифференц. уравнения.- 1985. Т. 21, № 8. - С. 1344-1353.

24. Панасюк А.И. Свойства решений квазидифференциального ап-проксимационного уравнения и уравнение интегральной воронки / А.И. Панасюк // Дифференц. уравнения. 1992. - Т. 28, № 9. - С. 1537-1544.

25. Панасюк А.И. Квазидифференциальные уравнения в полном метрическом пространстве в условиях типа Каратеодори. Ч. 1 / А.И. Панасюк // Дифференц. уравнения. 1995. - Т. 31, № 6.- С. 962-972.

26. Панасюк А.И. Квазидифференциальные уравнения в полном метрическом пространстве в условиях типа Каратеодори. Ч. 2 / А.И. Панасюк // Дифференц. уравнения. 1995. - Т. 31, № 8.- С. 1361-1369.

27. Панасюк А.И. Свойства решений квазидифференциального уравнения в полном метрическом пространстве и уравнение интегральной воронки / А.И. Панасюк // Дифференц. уравнения.- 1995. Т. 31, № 9. - С. 1488-1492.

28. Панасюк А.И. Применение квазидифференциальных уравнений к описанию разрывных процессов / А.И. Панасюк, ДЖ. Бентс-ман // Дифференц. уравнения. 1997. - Т. 33, № 10. - С. 13391348.

29. Плотников В.А. Усреднение квазидифференциальных уравнений в метрических пространствах / В.А. Плотников, Л.И. Плотникова // Дифференц. уравнения. 1995. - Т.31, № 10. - С. 1678-1683.

30. Покорный Ю.В. Интеграл Стилтьеса и производные по мере в обыкновенных дифференциальных уравнениях / Ю.В.Покорный // Докл. АН. 1999. - Т. 364, № 2. -С. 167-169.

31. Прядко И.Н. Об одном способе построения направляющей функции /И.Н. Прядко // Сборник статей аспирантов и студентов математического факультета ВГУ / Воронеж, гос. ун-т.- Воронеж, 1999. С. 141-144.

32. Прядко И.Н. Об использовании оператора сдвига для построения направляющих функций /И.Н. Прядко // Воронежская зимняя математическая школа "Современный анализ и его приложения": тез. докл, Воронеж, 28 янв. 4 февр. 2000 г. - Воронеж, 2000. - С. 143.

33. Прядко И.Н. Некоторые варианты теоремы Ляпунова и Персидского / И.Н. Прядко // Нелинейный анализ и функционально -дифференциальные уравнения: тез. докл. МНК АДМ, Воронеж, 15-20 мая 2000 г. Воронеж, 2000. - С. 171-172.

34. Садовский Б.Н. О квазипотоках / Б.Н. Садовский // Тез. докл. конф, Воронеж, 26-29 апреля 1995 г. Воронеж: ВГУ, 1995. -С. 80

35. Самойленко A.M. Дифференциальные уравнения с импульсным воздействием / A.M. Самойленко, Н.А, Перестюк. Киев : Вища шк., 1987. - 286 с.

36. Сесекин А. Н. Динамические системы с нелинейной импульсной структурой / А. Н. Сесекин // Тр. Ин-та мат. и мех. УрО РАН.- 2000. 6, № 1-2. - С. 497-514.

37. Филиппов А.Ф. Дифференциальные уравнения с разрывной правой частью / А.Ф. Филиппов. М. : Наука, 1985. - 223 с.

38. Хартман Ф. Обыкновенные дифференциальные уравнения / Ф. Хартман. М. : Мир, 1970. - 720 с.

39. Шилов Г.Е. Математический анализ. Второй специальный курс / Г.Е. Шилов. М. : Наука, 1965. - 328 с.

40. Шилов Г.Е. Математический анализ. Функции одного переменного : в 2 ч. / Г.Е. Шилов. М. : Наука, 1969. - 528 с.

41. Шин Д.Ю. О решение линейного квазидифференциального уравнения n-го порядка/ Д.Ю. Шин // Мат. сб. Т. 7, N2 3.- С. 479-532

42. Caratheodory С. Vorlesungen über reelle Funkionen / C. Caratheodory. Leipzig, 1927.

43. Kloeden P.E. Quasi-flows and equations with nonlinear differentials / P.E. Kloeden, B.N. Sadovsky, I.E. Vasilyeva // Nonlinear Anal. Theory, Meth. and Appl. 2002. - 51. - P. 1143-1158.

44. Kurbatov V.G. Functional Differential Operators and Equations / V.G. Kurbatov. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht-Boston-London, 1999.

45. Pandit S.G. Differential systems involving impulses / S.G. Pandit, S.G. Deo // Lect. Notes Math. 1982. - 954. - 102p.

46. Schwabik S. Generalized differential equations: Special Results / S. Schwabik // Rozpravy CZAV (rada MPV) 99, № 3. - Academia Praga, 1989. - 80p.

47. Zavalishchin S.T., Sesekin A.N. Dynamic Impulse Systems: Theory and Applications / S.T. Zavalishchin, A.N. Sesekin. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 1997. - 268 p.

48. Прядко И.Н. ^-устойчивость / И.Н. Прядко // Труды математического факультета вып. 5 (новая серия) : сб. науч. тр. / Воронеж. гос. ун-т. Воронеж, 2001. - С. 161.

49. Прядко И.Н. О некоторых вариантах понятия устойчивости / И.Н. Прядко // Воронежская зимняя математическая школа: тез. докл. Воронеж, 2002. - С. 71.

50. Прядко И.Н. О локально явных моделях некоторых негладких систем /И.Н. Прядко, Б.Н. Садовский // Автомат, и телемех.- 2004. №10. - С. 40-50.

51. Pryadko I.N. On the Cauchy problem for systems containing locally explicit equations /I.N. Pryadko // Z. Anal, und Anwend. 2004.- 23, № 4. P. 819-824.

52. Pryadko I.N. and Sadovsky B.N. On locally explicit equations and systems with switching / I.N. Pryadko and B.N. Sadovsky // Func. Dif. Equat. 2006. - 13 , № 3-4. - P. 571-584.

53. Прядко И.Н. Пример моделирования существенно разрывного процесса с помощью локально явного уравнения /И.Н. Прядко // Воронежская зимняя Математическая школа С.Г. Крейна : тез. докл, Воронеж, 2006 г. Воронеж : ВорГУ, 2006. - С. 84.

54. Прядко И.Н. Об одной системе, описываемой локально явными уравнениями /И.Н. Прядко // Труды математического факультета вып. 10 (новая серия): сб. науч. тр. / Воронеж, гос. ун-т. -Воронеж : Научная книга, 2006. С. 131-135.