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《現(xiàn)代控制理論與智能控制基礎(chǔ)控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述ppt課件.ppt》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。
1、現(xiàn)代控制理論§1控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述電氣學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化教研室賈要勤2007-08-272007-08-271現(xiàn)代控制理論與智能控制基礎(chǔ)內(nèi)容提要§1-1狀態(tài)變量、狀態(tài)向量與狀態(tài)空間§1-2狀態(tài)方程、輸出方程與狀態(tài)結(jié)構(gòu)圖§1-3根據(jù)物理機(jī)理建立狀態(tài)空間表達(dá)式§1-4根據(jù)微分方程建立狀態(tài)空間表達(dá)式§1-5根據(jù)傳遞函數(shù)建立狀態(tài)空間表達(dá)式§1-6組合系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式§1-7根據(jù)狀態(tài)空間表達(dá)式求傳遞函數(shù)§1-8狀態(tài)向量的線性變換（坐標(biāo)變換）§1-1狀態(tài)變量、狀態(tài)向量與狀態(tài)空間一、狀態(tài)變量定義：完全描述系統(tǒng)時(shí)域行為的一個(gè)最小變量組n階系統(tǒng)n個(gè)獨(dú)立變量相互獨(dú)立同一系統(tǒng)可以有不同
2、的狀態(tài)變量對(duì)于一般物理系統(tǒng)，其個(gè)數(shù)等于系統(tǒng)獨(dú)立儲(chǔ)能元件的個(gè)數(shù)狀態(tài)變量的初始值狀態(tài)變量如何對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行描述§1-1狀態(tài)變量、狀態(tài)向量與狀態(tài)空間二、狀態(tài)向量（代數(shù)表示）三、狀態(tài)空間（幾何概念）以狀態(tài)變量為坐標(biāo)軸所構(gòu)成的n維空間狀態(tài)矢量與狀態(tài)空間中的點(diǎn)狀態(tài)軌線四、試確定RLC電路的狀態(tài)變量§1-2狀態(tài)方程、輸出方程與狀態(tài)結(jié)構(gòu)圖一、狀態(tài)方程定義：描述系統(tǒng)狀態(tài)變量隨時(shí)間變化的一階微分方程組稱為狀態(tài)方程RLC電路取狀態(tài)變量§1-2狀態(tài)方程、輸出方程與狀態(tài)結(jié)構(gòu)圖一、狀態(tài)方程由回路方程有寫成矩陣形式§1-2狀態(tài)方程、輸出方程與狀態(tài)結(jié)構(gòu)圖二、輸出方程定義：是在指定輸出變量的情況下，該輸出
3、變量與狀態(tài)變量以及輸入變量之間的關(guān)系RLC電路若指定回路電流i為輸出，即寫成矩陣形式，有§1-2狀態(tài)方程、輸出方程與狀態(tài)結(jié)構(gòu)圖三、狀態(tài)空間表達(dá)式的一般形式x為n×1維列向量u為r×1維列向量y為m×1維列向量A為n×n維系統(tǒng)矩陣B為n×r維輸入矩陣C為m×n維輸出矩陣D為m×r維前饋矩陣項(xiàng)目傳遞函數(shù)或微分方程狀態(tài)空間法系統(tǒng)輸入/輸出SISOMIMO初始條件不考慮考慮控制器性質(zhì)不能達(dá)到最優(yōu)可以最優(yōu)計(jì)算機(jī)分析不便便于非線形系統(tǒng)無(wú)法解決可以解決性質(zhì)外部描述內(nèi)部描述分析方法時(shí)域、頻域時(shí)域§1-2狀態(tài)方程、輸出方程與狀態(tài)結(jié)構(gòu)圖§1-2狀態(tài)方程、輸出方程與狀態(tài)結(jié)構(gòu)圖四、狀態(tài)空間表
4、達(dá)式的模擬結(jié)構(gòu)圖反映系統(tǒng)各狀態(tài)變量之間的信息傳遞關(guān)系系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)外部輸出幫助建立系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式繪制步驟：積分器的數(shù)目＝狀態(tài)變量數(shù)將積分器畫在適當(dāng)?shù)奈恢妹總€(gè)積分器的輸出為某個(gè)相應(yīng)的狀態(tài)變量根據(jù)微分方程通過(guò)加法器將積分器連接起來(lái)標(biāo)量信號(hào)－單線箭頭，矢量信號(hào)－雙線箭頭§1-2狀態(tài)方程、輸出方程與狀態(tài)結(jié)構(gòu)圖四、狀態(tài)空間表達(dá)式的模擬結(jié)構(gòu)圖3階系統(tǒng)的模擬結(jié)構(gòu)圖§1-2狀態(tài)方程、輸出方程與狀態(tài)結(jié)構(gòu)圖四、狀態(tài)空間表達(dá)式的模擬結(jié)構(gòu)圖多輸入多輸出系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖§1-3根據(jù)物理機(jī)理建立狀態(tài)空間表達(dá)式結(jié)構(gòu)和參數(shù)已知的系統(tǒng)狀態(tài)變量選擇選擇系統(tǒng)中獨(dú)立儲(chǔ)能元件的輸出物理量作為狀態(tài)變量選擇系統(tǒng)的
5、輸出及其各階導(dǎo)數(shù)作為狀態(tài)變量選擇能使?fàn)顟B(tài)方程成為某種標(biāo)準(zhǔn)形式的變量作為狀態(tài)變量按物理定律列寫狀態(tài)變量的微分方程電氣、機(jī)械、機(jī)電、液壓、熱力等基爾霍夫定律、牛頓定律、能量守恒定律等將微分方程化為狀態(tài)變量的一階微分方程組§1-3根據(jù)物理機(jī)理建立狀態(tài)空間表達(dá)式例：電樞控制的直流電動(dòng)機(jī)R、L分別為電樞回路的電阻和電感J為機(jī)械旋轉(zhuǎn)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量B為旋轉(zhuǎn)部分的粘性摩擦系數(shù)試列寫狀態(tài)空間表達(dá)式§1-3根據(jù)物理機(jī)理建立狀態(tài)空間表達(dá)式選擇回路電流i及旋轉(zhuǎn)角速度ω作為狀態(tài)變量即x1=i，x2=ω。列寫電樞回路電壓平衡方程為：機(jī)械旋轉(zhuǎn)部分力矩平衡方程（Ka為轉(zhuǎn)矩常數(shù)）：電磁感應(yīng)關(guān)系式（Kb
6、為反電勢(shì)常數(shù)）：§1-3根據(jù)物理機(jī)理建立狀態(tài)空間表達(dá)式將上面三式整理指定角速度ω為輸出§1-4根據(jù)微分方程建立狀態(tài)空間表達(dá)式微分方程：根據(jù)實(shí)驗(yàn)等手段得到的輸入輸出關(guān)系實(shí)現(xiàn)問(wèn)題：保持原來(lái)的輸入輸出關(guān)系，確定系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)狀態(tài)空間表達(dá)式不唯一§1-4根據(jù)微分方程建立狀態(tài)空間表達(dá)式設(shè)系統(tǒng)的輸入輸出方程為試列寫狀態(tài)方程和輸出方程解：選取為狀態(tài)變量，即因此有§1-5根據(jù)傳遞函數(shù)建立狀態(tài)空間表達(dá)式傳遞函數(shù)的實(shí)現(xiàn)問(wèn)題用分解的方法把n階系統(tǒng)分解成n個(gè)一階系統(tǒng)直接分解：分子、分母多項(xiàng)式?jīng)]有分解成因式串聯(lián)分解：傳遞函數(shù)已被分解成因式的形式并聯(lián)分解：傳遞函數(shù)的分母多項(xiàng)式已被分解為因式根據(jù)一
7、階系統(tǒng)畫出狀態(tài)模擬結(jié)構(gòu)圖根據(jù)模擬結(jié)構(gòu)圖寫出狀態(tài)空間表達(dá)式§1-5根據(jù)傳遞函數(shù)建立狀態(tài)空間表達(dá)式一階系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式模擬結(jié)構(gòu)圖狀態(tài)空間表達(dá)式§1-5根據(jù)傳遞函數(shù)建立狀態(tài)空間表達(dá)式例：設(shè)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為其極點(diǎn)s=2為三重極點(diǎn)，于是其部分分式為§1-5根據(jù)傳遞函數(shù)建立狀態(tài)空間表達(dá)式畫出模擬結(jié)構(gòu)圖根據(jù)模擬結(jié)構(gòu)圖寫出狀態(tài)方程和輸出方程§1-6組合系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式按照子系統(tǒng)的聯(lián)接特點(diǎn)直接建立整個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式子系統(tǒng)的并聯(lián)聯(lián)接§1-6組合系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式子系統(tǒng)的串聯(lián)聯(lián)接§1-6組合系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式子系統(tǒng)的反饋聯(lián)接§1-7根據(jù)狀態(tài)空間表達(dá)式求傳
