Controllability of dynamical systems

Sterowalność, podobnie jak obserwowalność oraz stabilność, należy do podstawowych pojęć matematycznej teorii układów dynamicznych. Ogólnie mówiąc, sterowalność oznacza, że w rozpatrywanym układzie dynamicznym możliwe jest osiągnięcie zadanego stanu końcowego przy użyciu odpowiednio dobranego sterowania dopuszczalnego, należącego do zadanego zbioru sterowań dopuszczalnych. Zatem sterowalność zależy w istotny sposób zarówno od modelu matematycznego układu dynamicznego reprezentowanego równaniem stanu, jak i od postaci zbioru sterowań dopuszczalnych. Pojęcie sterowalności układu dynamicznego jest wykorzystywane między innymi do analizowania i tworzenia tak zwanych form kanonicznych układów dynamicznych oraz przy formułowaniu twierdzeń z zakresu sterowania optymalnego. Odgrywa ono również istotną rolę w teorii gier oraz w analizie jakościowej układów dynamicznych. Do analizowania problematyki sterowalności układów dynamicznych wykorzystuje się metody zaczerpnięte z różnych, często odległych od siebie dziedzin matematyki, między innymi takich jak: algebra, analiza funkcjonalna, równania różniczkowe, teoria optymalizacji. W artykule, wykorzystując metody algebraiczne, sformułowano kryteria badania sterowalności dla liniowych, skończenie-wymiarowych, ciągłych układów dynamicznych o stałych współczynnikach zarówno dla przypadku braku ograniczeń, jak i dla stożkowo ograniczonych wartości sterowań. Rozpatrzono związki zachodzące pomiędzy sterowalnością a stabilizowalnością układu dynamicznego. Zakładając sterowalność układu, podano także analityczną postać rozwiązania zagadnienia sterowania z minimalną energią. W drugiej części artykułu, w oparciu o spektralną teorię liniowych operatorów różniczkowych oraz twierdzenia z zakresu analizy funkcjonalnej, sformułowano warunki konieczne wystarczające aproksymacyjnej sterowalności dla liniowych układów dynamicznych o parametrach rozłożonych.