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二阶系统频繁出现在振动系统、流体力学、信号系统、冲击噪声、震荡电路等各个应用领域。二阶系统解耦的研究对二阶系统的特性分析是至关重要的。数值代数领域通过Lancaster结构矩阵对系统进行线性化,从而寻找到坐标变换使Lancaster结构矩阵中的三个参数矩阵同时对角化便实现了二阶系统的解耦。
针对二阶系统是否可解耦的问题,本文首先研究了非线性化的不同二阶系统及线性化的二阶系统的解耦条件;然后,通过二阶系统的若当标准型,提出一般二阶系统存在复解耦的系统和实解耦的系统的充要条件,并给出两个重要简明的推论;最后,阐述了可解耦的系统一定存在保结构的解耦变换。
当系统满足解耦条件时,针对解耦变换的求解问题,本文提出了基于保结构变换的解耦变换的构造方法。该方法是通过原始特征信息及参数矩阵的选取,依据保结构变换的相关理论直接构造出了解耦变换,并给出构造的定理及算法实现步骤。构造出的解耦变换可使得Lancaster结构矩阵中的三个参数矩阵同时对角化,从而得到同谱解耦的系统。数值试验验证了该方法正确可行。
与基于第一类Sylvester矩阵方程的解耦变换求解方法比较,构造解耦变换来实现解耦相对简便可行,从而完善了二阶系统解耦的研究工作。