<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">novtexmech</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Мехатроника, автоматизация, управление</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">1684-6427</issn><issn pub-type="epub">2619-1253</issn><publisher><publisher-name>Commercial Publisher «New Technologies»</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.17587/mau.16.807-812</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">novtexmech-235</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>МЕТОДЫ ТЕОPИИ АВТОМАТИЧЕСКОГО И АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПPАВЛЕНИЯ</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>METHODS OF THE THEORY OF AUTOMATIC CONTROL</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Исследование устойчивости и стабилизация нелинейных переключаемых механических систем на основе декомпозиции</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Stability Investigation and Stabilization of Nonlinear Switched Mechanical Systems via Decomposition</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Александров</surname><given-names>А. Ю.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Aleksandrov</surname><given-names>A. Yu.</given-names></name></name-alternatives><email xlink:type="simple">alex43102006@yandex.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Жабко</surname><given-names>А. П.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Zhabko</surname><given-names>A. P.</given-names></name></name-alternatives><email xlink:type="simple">zhabko@apmath.spbu.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Жабко</surname><given-names>И. А.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Zhabko</surname><given-names>I. A.</given-names></name></name-alternatives><email xlink:type="simple">vivanvan@mail.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Косов</surname><given-names>А. А.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Kosov</surname><given-names>A. A.</given-names></name></name-alternatives><email xlink:type="simple">aakosov@yandex.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-2"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>Санкт-Петербургский государственный университет</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Saint Petersburg State University</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><aff-alternatives id="aff-2"><aff xml:lang="ru"><institution>Институт динамики систем и теории управления СО PАН</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Institute for System Dynamics and Control Theory of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2015</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>28</day><month>08</month><year>2018</year></pub-date><volume>16</volume><issue>12</issue><fpage>807</fpage><lpage>812</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Commercial Publisher «New Technologies», 2018</copyright-statement><copyright-year>2018</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Commercial Publisher «New Technologies»</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Commercial Publisher «New Technologies»</copyright-holder><license xlink:href="https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNotice" xlink:type="simple"><license-p>https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNotice</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://mech.novtex.ru/jour/article/view/235">https://mech.novtex.ru/jour/article/view/235</self-uri><abstract><p>Изучаются нелинейные механические системы с однородными переключаемыми позиционными силами, линейными гироскопическими силами и однородными диссипативными силами. Предложен подход к исследованию устойчивости при произвольном законе переключений, основанный на декомпозиции исходной системы, состоящей из n дифференциальных уравнений второго порядка, на две изолированные подсистемы первого порядка той же самой размерности. Рассматривается задача стабилизации положения равновесия системы за счет малых сил радиальной коррекции при произвольном режиме переключений, масштабирующих потенциал. Для модели магнитного подвеса ротора с нелинейными переключаемыми циркулярными силами предложен стабилизирующий закон обратной связи, использующий линейные гироскопические и нелинейные диссипативные силы.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>A nonlinear hybrid mechanical system is studied. It is assumed that on the system homogeneous switched positional forces, linear gyroscopic forces and homogeneous dissipative ones act. Conditions are determined under which the trivial equilibrium position of the considered system is asymptotically stable for any admissible switching law. It is well known that to prove the asymptotic stability uniform with respect to swishing law, it is sufficient to construct a common Lyapunov function for the family of subsystems corresponding to the hybrid system. However, till now there are no general constructive methods for finding of common Lyapunov functions, even for families composed of linear subsystems. The problem is especially difficult for mechanical systems with switched force fields, since such systems are described by differential equations of the second order. This results in the appearance of certain special properties of motions and essentially complicates the analysis of system dynamics. In particular, well known results obtained for switched systems of general form might be inefficient or even inapplicable for mechanical systems. In the present paper, a new approach to the stability analysis is proposed. The approach is based on the decomposition of the original system consisting of differential equations of the second order into two isolated first order subsystems of the same dimension. It should be noted that one of the isolated subsystem is switched, whereas another one is non-switched. Thus, the decomposition method permits us to reduce the problem of a common Lyapunov function constructing for the original family of nonlinear systems of dimension with a special structure to that for an auxiliary family of subsystems of dimension which, generally, do not possess a special structure. The problem of stabilization of the equilibrium position of a system for any switching mode scaling the potential with the aid of small forces of radial correction is considered. For a model of the magnetic bearing of a rotor with nonlinear switched circular forces, the stabilizing feedback control law is constructed by the use of linear gyroscopic and nonlinear dissipative forces.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>гибридные механические системы</kwd><kwd>асимптотическая устойчивость</kwd><kwd>управление</kwd><kwd>функции Ляпунова</kwd><kwd>стабилизация</kwd><kwd>декомпозиция</kwd><kwd>закон переключения</kwd><kwd>hybrid mechanical systems</kwd><kwd>asymptotic stability</kwd><kwd>control</kwd><kwd>Lyapunov functions</kwd><kwd>stabilization</kwd><kwd>decomposition</kwd><kwd>switching law</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Shorten R., Wirth F., Mason O., Wulf K., King C. Stability Criteria for Switched and Hybrid Systems // SIAM Rev. 2007. V. 49. N. 4. P. 545-592.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Shorten R., Wirth F., Mason O., Wulf K., King C. Stability Criteria for Switched and Hybrid Systems // SIAM Rev. 2007. V. 49. N. 4. P. 545-592.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Hai Lin, Antsaklis P. J. Stability and Stabilizability of Switched Linear Systems: a Survey of Recent Results // IEEE Trans. Automat. Contr. 2009. V. 54, N. 2. P. 308-322.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Hai Lin, Antsaklis P. J. Stability and Stabilizability of Switched Linear Systems: a Survey of Recent Results // IEEE Trans. Automat. Contr. 2009. V. 54, N. 2. P. 308-322.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Liberzon D. Switching in Systems and Control. Boston, MA: Birkhauser, 2003. 233 p.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Liberzon D. Switching in Systems and Control. Boston, MA: Birkhauser, 2003. 233 p.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">DeCarlo R., Branicky M., Pettersson S., Lennartson B. Perspectives and Results on the Stability and Stabilisability of Hybrid Systems // Proc. IEEE. 2000. V. 88. P. 1069-1082.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">DeCarlo R., Branicky M., Pettersson S., Lennartson B. Perspectives and Results on the Stability and Stabilisability of Hybrid Systems // Proc. IEEE. 2000. V. 88. P. 1069-1082.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Васильев С. Н., Косов А. А. Анализ динамики гибридных систем с помощью общих функций Ляпунова и множественных гомоморфизмов // Автоматика и телемеханика. 2011. № 6. С. 27-47.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Васильев С. Н., Косов А. А. Анализ динамики гибридных систем с помощью общих функций Ляпунова и множественных гомоморфизмов // Автоматика и телемеханика. 2011. № 6. С. 27-47.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Vassilyev S. N., Kosov A. A., Malikov A. I. Stability Analysis of Nonlinear Switched Systems via Reduction Method // Preprints of the 18th IF AC World Congress. Milano, Italy. Aug. 28 - Sept. 2, 2011. P. 5718-5723.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Vassilyev S. N., Kosov A. A., Malikov A. I. Stability Analysis of Nonlinear Switched Systems via Reduction Method // Preprints of the 18th IF AC World Congress. Milano, Italy. Aug. 28 - Sept. 2, 2011. P. 5718-5723.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Александров А. Ю., Косов А. А. Об устойчивости и стабилизации положений равновесия нелинейных неавтономных механических систем // Изв. РАН. Теория и системы управления. 2009. № 4. С. 13-23.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Александров А. Ю., Косов А. А. Об устойчивости и стабилизации положений равновесия нелинейных неавтономных механических систем // Изв. РАН. Теория и системы управления. 2009. № 4. С. 13-23.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Александров А. Ю., Косов А. А. Об устойчивости и стабилизации нелинейных нестационарных механических систем // Прикл. математика и механика. 2010. Т. 74, № 5. С. 774-788.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Александров А. Ю., Косов А. А. Об устойчивости и стабилизации нелинейных нестационарных механических систем // Прикл. математика и механика. 2010. Т. 74, № 5. С. 774-788.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Александров А. Ю., Косов А. А., Чэнь Я. Об устойчивости и стабилизации механических систем с переключениями // Автоматика и телемеханика. 2011. № 6. С. 5-17.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Александров А. Ю., Косов А. А., Чэнь Я. Об устойчивости и стабилизации механических систем с переключениями // Автоматика и телемеханика. 2011. № 6. С. 5-17.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Матросов В. М. Метод векторных функций Ляпунова: анализ динамических свойств нелинейных систем. М.: Физматлит, 2001. 384 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Матросов В. М. Метод векторных функций Ляпунова: анализ динамических свойств нелинейных систем. М.: Физматлит, 2001. 384 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Пятницкий Е. С. Принцип декомпозиции в управлении динамическими системами // Докл. АН СССР. 1988. Т. 300. № 2. С. 300-303.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Пятницкий Е. С. Принцип декомпозиции в управлении динамическими системами // Докл. АН СССР. 1988. Т. 300. № 2. С. 300-303.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Черноусько Ф. Л., Ананьевский И. М., Решмин С. А. Методы управления нелинейными механическими системами. М.: Физматлит, 2006. 328 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Черноусько Ф. Л., Ананьевский И. М., Решмин С. А. Методы управления нелинейными механическими системами. М.: Физматлит, 2006. 328 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Зубов В. И. Аналитическая динамика гироскопических систем. Л.: Судостроение, 1970. 320 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Зубов В. И. Аналитическая динамика гироскопических систем. Л.: Судостроение, 1970. 320 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit14"><label>14</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Меркин Д. Р. Гироскопические системы. М.: Наука, 1974. 344 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Меркин Д. Р. Гироскопические системы. М.: Наука, 1974. 344 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit15"><label>15</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Меркин Д. Р. Введение в теорию устойчивости движения. М.: Наука, 1987. 304 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Меркин Д. Р. Введение в теорию устойчивости движения. М.: Наука, 1987. 304 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit16"><label>16</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Зотеев В. Е. Параметрическая идентификация диссипативных механических систем на основе разностных уравнений. М.: Машиностроение, 2009. 344 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Зотеев В. Е. Параметрическая идентификация диссипативных механических систем на основе разностных уравнений. М.: Машиностроение, 2009. 344 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit17"><label>17</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Пановко Г. Я. Основы прикладной теории колебаний и удара. Л.: Машиностроение, 1976. 326 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Пановко Г. Я. Основы прикладной теории колебаний и удара. Л.: Машиностроение, 1976. 326 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit18"><label>18</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Gendelman O. V., Lamarque C. H. Dynamics of linear oscillator coupled to strongly nonlinear attachment with multiple states of equilibrium // Chaos, Solitons and Fractals. 2005. V. 24. P. 501-509.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Gendelman O. V., Lamarque C. H. Dynamics of linear oscillator coupled to strongly nonlinear attachment with multiple states of equilibrium // Chaos, Solitons and Fractals. 2005. V. 24. P. 501-509.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit19"><label>19</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Gourdon E., Lamarque C. H. Energy pumping for a larger span of energy // J. of Sound and Vibration. 2005. V. 285. P. 711-720.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Gourdon E., Lamarque C. H. Energy pumping for a larger span of energy // J. of Sound and Vibration. 2005. V. 285. P. 711-720.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit20"><label>20</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Александров А. Ю., Косов А. А., Платонов А. В., Фадеев С. С. Об устойчивости и стабилизации механических систем с переключениями силовых полей // Мехатроника, автоматизация, управление. 2013. № 12. С. 9-16.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Александров А. Ю., Косов А. А., Платонов А. В., Фадеев С. С. Об устойчивости и стабилизации механических систем с переключениями силовых полей // Мехатроника, автоматизация, управление. 2013. № 12. С. 9-16.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit21"><label>21</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Aleksandrov A. Yu., Chen Y., Kosov A. A., Zhang L. Stability of Hybrid Mechanical Systems with Switching Linear Force Fields // Nonlinear Dynamics and Systems Theory. 2011. V. 11, N. 1. P. 53-64.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Aleksandrov A. Yu., Chen Y., Kosov A. A., Zhang L. Stability of Hybrid Mechanical Systems with Switching Linear Force Fields // Nonlinear Dynamics and Systems Theory. 2011. V. 11, N. 1. P. 53-64.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit22"><label>22</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Зубов В. И. Математические методы исследования систем автоматического регулирования. Л.: Судостроение, 1959. 324 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Зубов В. И. Математические методы исследования систем автоматического регулирования. Л.: Судостроение, 1959. 324 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit23"><label>23</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Aleksandrov A. Yu., Kosov A. A., Platonov A. V. On the Asymptotic Stability of Switched Homogeneous Systems // Systems &amp; Control Letters. 2012. V. 61, N. 1. P. 127-133.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Aleksandrov A. Yu., Kosov A. A., Platonov A. V. On the Asymptotic Stability of Switched Homogeneous Systems // Systems &amp; Control Letters. 2012. V. 61, N. 1. P. 127-133.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit24"><label>24</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Александров А. Ю., Жабко А. П., Косов А. А. Анализ устойчивости и стабилизация нелинейных систем на основе декомпозиции // Сиб. мат. журнал. 2015 (принята к печати).</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Александров А. Ю., Жабко А. П., Косов А. А. Анализ устойчивости и стабилизация нелинейных систем на основе декомпозиции // Сиб. мат. журнал. 2015 (принята к печати).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit25"><label>25</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Post R. F. Stability Issues in Ambient-Temperature Passive Magnetic Bearing Systems. February 17, 2000. Lawrence Livermore National Laboratory. Technical Information Department's Digital Library. http://www.llnl.gov/tid/Library.html</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Post R. F. Stability Issues in Ambient-Temperature Passive Magnetic Bearing Systems. February 17, 2000. Lawrence Livermore National Laboratory. Technical Information Department's Digital Library. http://www.llnl.gov/tid/Library.html</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit26"><label>26</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Метелицын И. И. К вопросу о гироскопической стабилизации // Докл. АН СССР. 1952. Т. 86. № 1. С. 31-34.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Метелицын И. И. К вопросу о гироскопической стабилизации // Докл. АН СССР. 1952. Т. 86. № 1. С. 31-34.</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
