STABILITY OF SYSTEMS WITH VARIABLE AND DISTRIBUTED DELAYS
DOI:
https://doi.org/10.32782/mathematical-modelling/2026-9-1-29Keywords:
nonlinear differential equations, variable delay, distributed delay, Lyapunov exponent, exponential stability, stability estimates of systemsAbstract
Most modern studies on the stability of dynamic systems focus on investigating stability criteria using Lyapunov functions and functionals. A significantly smaller number of studies are devoted to estimates of the maximum Lyapunov exponent, which characterizes the rate at which solutions decrease. For example, in the works of D.Y. Khusainov, such estimates were obtained using the method of Lyapunov functions. Another approach, based on estimates of the system’s evolution operator, allows one to obtain stability criteria and an upper bound on the maximum Lyapunov exponent, expressed directly in terms of the system’s parameters, without using Lyapunov functions or functionals. For systems without delay, such results were presented in early works on this topic from the 1970s. In the works of Professor O.A. Zevin, this approach was applied to systems containing delay. Most works consider systems with constant delay; however, in most cases, information about the delay function is missing, and only its upper bound is known; furthermore, the system may contain distributed delay. The stability of systems with variable and distributed delay has been studied to a much lesser extent. This paper examines a class of systems that contain variable delay in the linear part and also include elements with distributed delay. This factor complicates the analysis of the behavior and stability of the systems under consideration. The main focus is on investigating the influence of delay parameters. In particular, two-sided estimates of the maximum Lyapunov exponent are obtained, which are expressed in terms of the norm of the system’s nonlinear term and the maximum values of the delay functions. This allows for the determination of both upper and lower bounds for the convergence or divergence of solutions. For certain classes of systems, exact values of this index have been determined, which is an important result for practical stability analysis. For all the systems mentioned, the effectiveness of the proposed approach has been verified using model examples; the results obtained significantly expand the existing body of knowledge.
References
Хусаінов Д., Диблик Й., Ружичкова М. Лінійні динамічні системи з післядією. Представлення розв’язків, стійкість, управління, стабілізація. Київ. Нац. унів-т ім. Т. Шевченка. ГП Інформ.-аналіт. агенство. 2015. 252 с.
Зевін О. А., Пославський С. Ю. Двосторонні оцінки максимального показника Ляпунова нелінійних дифференційних рівнянь із запізненням. Тези доповідей Українського математичного конгресу. м. Київ, Інститут математики НАН України. 2009. http://www.imath.kiev.ua/~congress2009/Abstracts/Poslavsky.pdf
Зевін О. А., Пославський С. Ю. Критерії експоненційної стійкості нелінійних систем із довільним запізненням. Вісник ХНТУ. 2011. 3 (42). С. 215–221.
Richard J.-P. Time-delay systems: an overview of some recent advances and open problems. Automatica. 2003. 39 (10). P. 1667–1694. https://doi.org/10.1016/S0005-1098(03)00167-5
Пославський С. Ю. Метод розрахунку стійкості нелінейних систем із запізненнями. Вісник Харківського національного університету. 2014. 1133(70). С. 48–55. URL: http://nbuv.gov.ua/UJRN/VKhIMA_2014_1133_70_5
Пославський С. Ю. Двосторонні оцінки максимального показника Ляпунова та критерії стійкості нелінійних систем із запізненням. Збірник тез доповідей Х Кримська Міжнародна математична школа. Метод функцій Ляпунова та його застосунки. 2010. С. 119.
Пославський С. Ю. Умови стійкості систем з переключеннями. Технічна механіка. 2014. 3. С. 87–93.
Пославський С. Ю. Умови експоненційної стійкості деяких класів нелінійних систем зі змінними та розподіленими запізненнями. Вісник Дніпропетровського університету. Серія Механіка. 2014. 15 (2). С. 157–171.
Kolmanovskii V.B., Richard J.-P. Stability of some linear systems with delay. IEEE Transaction on Automatic Control 1999. 44 (5). P. 984–989. https://doi.org/10.1109/9.763213
Zevin O. A., Poslavskyi S. Yu. Two-sided bounds for the largest Lyapunov exponent and exponential stability criteria for nonlinear systems with arbitrary delays. Automation and Remote Control. 2012. 73(1). P. 36-47. https://doi.org/10.1134/S0005117912010055





