مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تحلیل پایداری سیستم‌های تصادفی قطعه قطعه خطی و بررسی آن با معادلات فوکر پلانک تعمیم یافته

نویسندگان
1 استادیار/ دانشگاه شریف، دانشکده مکانیک
2 دانشگاه صنعتی شریف
چکیده
در این مقاله به موضوع پایداری سیستم‌های تصادفی قطعه قطعه هموار که زیر مجموعه‌ای از سیستم‌های هیبرید تصادفی هستند، پرداخته می‌شود. در اینجا سیگنال‌های نویز در زیرسیستم‌های به صورت جمعی در نظر گرفته می‌شود که دامنه آن‌هادر نقطه تعادل سیستم صفر نمی‌شود. این نویزها مانع پایداری نمایی تصادفی سیستم‌های هیبرید تصادفی می‌شوند که این نوع پایداری نمایی به صورت گسترده در مقالات مورد بحث قرار گرفته‌ است. همچنین پرش‌های بین زیرسیستم‌ها در این دسته از سیستم‌ها وابسته به متغیرهای پیوسته سیستم بوده که فرآیند بررسی پایداری را پیچیده‌تر می‌کند. قضیه ارائه شده با در نظر گرفتن نویز جمعی و پرش‌های وابسته به متغیرهای حالت، برای سیستم‌های تصادفی قطعه‌قطعه غیرخطی، حد بالایی برای ممان دوم تصادفی یا واریانس متغیرهای حالت سیستم ارائه می‌دهد و همچنین تضمین می‌کند که تابع چگالی احتمال پاسخ یک سیستم پایدار به حالت پایا می‌رسد. سپس مساله برای حالت خطی در این دسته از سیستم‌ها بررسی شده، شرایط پایداری با نامساوی ماتریسی خطی ارائه می‌شود،که در نتیجه آن حد بالایی روی کوواریانس متغیرهای حالت به دست می‌آید. سپس برای بررسی درستی قضیه پیشنهاد شده، حل معادلات فوکر پلانک که تحول تابع چگالی احتمال سیستم را مشخص می‌کند مورد مطالعه قرار می‌گیرد. برای مشکل ناشی از پرش‌های تصادفی در شرایط مرزی این دسته از سیستم‌ها، راه حل مناسب و ابتکاری ارائه شده است، و با روش حجم محدود معادلات با مشتقات پاره‌ای مذکور در یک مثال حل شده‌ تا صحت نتایج قضیه به صورت عددی بررسی شوند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Stability Analysis for Stochastic Piecewise Affine Systems with Verification via Generalized Fokker Planck Equations

نویسندگان English

Hassan Salarieh 1
Kaveh Merat 2
Aria Alasti 2
Ali Meghdari 2
چکیده English

In this article, stability analysis for Stochastic Piecewise Affine Systems which are a subclass of stochastic hybrid systems is investigated. Here, additive noise signals are considered that does not vanish at equilibrium points. These noises will prohibit the exponential stochastic stability discussed widely in literature. Also, the jumps between the subsystems in this class of stochastic hybrid systems are state-dependent which make stability analysis more complex. The presented theorem considering both additive noise and state-dependent jumps, gives upper bounds for the second stochastic moment or variance of Stochastic Piecewise Nonlinear Systems trajectories and guarantees that stable systems have a steady state probability density function. Then, linear case of such systems is studied where the stability criterion is obtained in terms of Linear Matrix Inequality (LMI) and an upper bound on state covariance is obtained for them. Next, to validate the proposed theorem, solving the Fokker Plank equations which describes the evolution of probability density function, is addressed. A solution for the problem of boundary conditions that arises from jumps in this class of systems is given and then with finite volume method the corresponding partial differential equations are solved for a case study to check the results of the presented theorem numerically.

کلیدواژه‌ها English

Stochastic Hybrid Systems
Stochastic Stability
Fokker Planck Equations
probability density function