In these lectures notes, we review our recent works addressing various problems of finding the nearest stable system to an unstable one. After the introduction, we provide some preliminary background, namely, defining Port-Hamiltonian systems and dissipative Hamiltonian systems and their properties, briefly discussing matrix factorizations, and describing the optimization methods that we will use in these notes. In the third chapter, we present our approach to tackle the distance to stability for standard continuous linear time invariant (LTI) systems. The main idea is to rely on the characterization of stable systems as dissipative Hamiltonian systems. We show how this idea can be generalized to compute the nearest $\Omega$-stable matrix, where the eigenvalues of the sought system matrix $A$ are required to belong a rather general set $\Omega$. We also show how these ideas can be used to compute minimal-norm static feedbacks, that is, stabilize a system by choosing a proper input $u(t)$ that linearly depends on $x(t)$ (static-state feedback), or on $y(t)$ (static-output feedback). In the fourth chapter, we present our approach to tackle the distance to passivity. The main idea is to rely on the characterization of stable systems as port-Hamiltonian systems. We also discuss in more details the special case of computing the nearest stable matrix pairs. In the last chapter, we focus on discrete-time LTI systems. Similarly as for the continuous case, we propose a parametrization that allows efficiently compute the nearest stable system (for matrices and matrix pairs), allowing to compute the distance to stability. We show how this idea can be used in data-driven system identification, that is, given a set of input-output pairs, identify the system $A$.


翻译:在这些讲座说明中,我们审查了我们最近的工作,以解决找到最接近稳定的系统到不稳定的系统等各种问题。在介绍后,我们提供了一些初步背景,即界定了汉密尔顿港的系统及分散式汉密尔顿系统及其属性,简要讨论了矩阵因子化,并描述了我们在这些注释中将使用的优化方法。在第三章,我们介绍了如何解决标准连续线性线性时间(LTI)系统向稳定性的距离问题。主要想法是依靠将稳定的系统定性为消散式汉密尔顿系统。我们展示了如何普遍地将这种想法用于计算最接近的 美元 Omega$ 和分散式汉密尔密尔顿系统及其属性,这里所寻求的系统矩阵的eigen值需要属于相当一般的设置 $Omegal 。我们还展示了这些想法如何用来计算最小的线性静态反馈,也就是说,我们选择一种正确的输入 $(t) 美元(t), 直线性地取决于 $(stat) (stat-state) compal refrigistration) 。

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