I Sistemi Positivi Realizzazione: esistenza a tempo continuo e minimalità Lorenzo Farina...

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I Sistemi Positivi Realizzazione: esistenza a tempo continuo e minimalità Lorenzo Farina Dipartimento di informatica e sistemistica “A. Ruberti” Università di Roma “La Sapienza”, Italy X Scuola Nazionale CIRA di dottorato “Antonio Ruberti” Bertinoro, 10-12 Luglio 2006

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I Sistemi Positivi Realizzazione: esistenza a tempo continuo e minimalità

Lorenzo FarinaDipartimento di informatica e sistemistica “A.

Ruberti”Università di Roma “La Sapienza”, Italy

X Scuola Nazionale CIRA di dottorato “Antonio Ruberti”

Bertinoro, 10-12 Luglio 2006

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The positive realization problem for continuous-time systems

Im

Re

a

l*1

l*2

l*F

lF alal

alla

A

IA

pAI

IAIp

det

det

Spectrum translation property

if is Metzler, then there exists

0 such that is nonnegative

A

A Ia a

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Existence conditions

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4

Examples - I

2

3 2

4 14

6 11 6

sH s

s s s

1 2 31, 2, 3 p p p

0 1 2 3 4 50

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

log 5 3 0.51

… not to be!

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Examples - II

2

2

2 3 3

1 2 2

s sH s

s s s

1 2 31, 1 , 1 p p j p j

2 sin 0th t e t

0 1 2 3 4 50

0.5

1

1.5

2

… not to be!

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Minimality of Positive Realizations

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Does positive factorization suffice?

For general systems, the minimal inner dimension of a factorization of the Hankel matrix coincides with the minimal order of a realization.

Is that true also for positive systems?

2

2 3

2 3

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cb cAb cA b

cAb cA b cA bH

cA b cA b

c

cAb Ab A b RS

cA

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Does positive factorization suffice?

1 0 0 8 1

0 0 1 1 1

0 1 0 1 1

TA b c

1 4 10h k

2 4 8h k 3 4 6h k 4 4 8h k

0

60120

180

240 300

No rotational simmetry, no 3rd order positive

realization...

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Does positive factorization suffice? No!

11 12

12

5 3 32 1 0 1

4 2 60 1 1 0

3 5 50 0 1 1

4 6 2

ij

H H

H H H

A positive factorization of the Hankel matrix!

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A prologue via examples (I)

2

1, 1

( 1)( 1)qH z q q

z z

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The spectrum must remain unchanged under a rotation

of /2(q+1) radians

A prologue via examples (I)

(contd.)

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The spectrum must remain unchanged under a rotation

of /4 radians

A prologue via examples (I)

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The Karpelevich theorem

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The Karpelevich regions

n = 3

n = 4

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hidden pole

A prologue via examples (II)

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Example 3

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= 0

2= 0

2 O

= 0

3= 0 3

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Minimality of Positive SystemsNSC for 3rd order systems

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{1{1

(contd.)

2

3

Minimality of Positive SystemsNSC for 3rd order systems

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(contd.)

Minimality of Positive SystemsNSC for 3rd order systems

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(contd.)

Minimality of Positive SystemsNSC for 3rd order systems

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(contd.)

Minimality of Positive SystemsNSC for 3rd order systems

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Minimality for continuous-time positive systems

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Generation of all positive realizations

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Example 1