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《狀態(tài)反饋與閉環(huán)極點配置極點配置條件ppt課件.ppt》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、控制系統(tǒng)分析與設(shè)計的狀態(tài)空間方法2 ——綜合與設(shè)計（第八章）自動控制原理1狀態(tài)空間法綜合的基本概念綜合問題的三大要素:受控系統(tǒng)、性能指標(biāo)、反饋控制律綜合與設(shè)計的主要特點:以采用狀態(tài)反饋為主具有較系統(tǒng)的綜合理論基于非優(yōu)化型指標(biāo)的極點配置方法基于優(yōu)化類性能指標(biāo)的目標(biāo)函數(shù)極值法2主要內(nèi)容狀態(tài)反饋與輸出反饋狀態(tài)反饋與閉環(huán)極點配置線性二次型最優(yōu)控制（自學(xué)）狀態(tài)觀測器及狀態(tài)反饋魯棒控制系統(tǒng)（自學(xué)）31.狀態(tài)反饋加入狀態(tài)反饋后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖閉環(huán)傳函？狀態(tài)方程？一、狀態(tài)反饋與輸出反饋K-B∫CA4綜合的手段：改變K陣的參數(shù)綜合的目的：改變系統(tǒng)矩陣，從而改變
2、系統(tǒng)的特性注：狀態(tài)反饋通常只用系數(shù)陣即可滿足要求， 一般不需要采用動態(tài)環(huán)節(jié)52.輸出反饋B∫CAH-6反饋功能：狀態(tài)反饋——完全反饋輸出反饋——不完全反饋物理實現(xiàn)：輸出反饋——易狀態(tài)反饋——難反饋作用：兩種反饋均可改變系統(tǒng)的特征方程和特征值；輸出反饋可視為狀態(tài)反饋的一種特例。3.狀態(tài)反饋與輸出反饋比較7二、狀態(tài)反饋與閉環(huán)極點配置極點配置條件：全部閉環(huán)極點的充要條件為：系統(tǒng)狀態(tài)完全可控通過狀態(tài)反饋對于可任意配置8試通過狀態(tài)反饋，將系統(tǒng)的閉環(huán)極點配置為例：設(shè)系統(tǒng)的狀態(tài)方程為解：顯然滿秩，所以系統(tǒng)可控。910比較反饋前后的狀態(tài)傳遞函數(shù)狀態(tài)反饋只
3、改變極點， 不改變零點11狀態(tài)反饋系統(tǒng)的仿真結(jié)構(gòu)圖程序：ac8no1取D=0,C=I12仿真結(jié)果：零狀態(tài)響應(yīng)x1x3x213仿真結(jié)果：零輸入響應(yīng)x1x3x214通過狀態(tài)反饋，將系統(tǒng)的閉環(huán)極點配置為例：系統(tǒng)的狀態(tài)方程同前例15解：16比較反饋前后的狀態(tài)傳遞函數(shù)狀態(tài)反饋同樣只改變極點，不改變零點17仿真結(jié)果：零狀態(tài)響應(yīng)x1x3x2程序：ac8no218仿真結(jié)果：零輸入響應(yīng)x1x3x219能否通過狀態(tài)反饋任意配置系統(tǒng)的閉環(huán)極點？若不能任意配置，試確定哪些極點無法改變。例：設(shè)系統(tǒng)的狀態(tài)方程為解：系統(tǒng)不可控，所以不能任意配置閉環(huán)極點。（有一個極點無
4、法改變）如何確定哪個極點不能任意配置？極點為1，220所以極點1無法改變（原系統(tǒng)的極點）只有一個狀態(tài)變量可控，所以只能改變一個極點21比較反饋前后的狀態(tài)傳遞函數(shù)狀態(tài)反饋不會改變零點，且只能改變一個極點22說明如果系統(tǒng)不完全可控，狀態(tài)反饋可任意配置閉環(huán)極點的個數(shù)等于系統(tǒng)的可控狀態(tài)變量個數(shù)；就狀態(tài)可控的單變量系統(tǒng)而言，引入狀態(tài)反饋并不改變系統(tǒng)傳遞函數(shù)的零點，除非出現(xiàn)零極點相消；狀態(tài)反饋不能保證穩(wěn)態(tài)性能，一般存在穩(wěn)態(tài)誤差，可引入積分環(huán)節(jié)或輸入變換來改善；采用輸出反饋一般不能任意配置全部閉環(huán)極點（指靜態(tài)反饋結(jié)構(gòu)）。23三、狀態(tài)觀測器及狀態(tài)反饋狀態(tài)
5、反饋需要狀態(tài)信息，而狀態(tài)變量一般不能直接測量，可利用狀態(tài)觀測器來估計系統(tǒng)狀態(tài)目標(biāo):利用受控系統(tǒng)可直接測量的輸出y(t)和 控制u(t)來重構(gòu)系統(tǒng)的狀態(tài)為何需要狀態(tài)觀測器？24狀態(tài)觀測器的初步構(gòu)想：B∫CAB∫A受控系統(tǒng)觀測器狀態(tài)估計值25如何利用輸出誤差消除狀態(tài)估計誤差？B∫CAB∫ACH-實際系統(tǒng)基于準(zhǔn)確模型，且沒有考慮擾動26附1：存在擾動時的狀態(tài)誤差存在擾動時，不能使?fàn)顟B(tài)誤差→0B∫CAB∫ACH-27附2：存在模型失配時的狀態(tài)誤差B'∫C'A'B∫ACH-存在模型失配時，不能使?fàn)顟B(tài)誤差→028狀態(tài)觀測器的等價結(jié)構(gòu)B∫CAB∫A－H
6、CH狀態(tài)觀測器A－HC的特征值為狀態(tài)觀測器的極點29狀態(tài)觀測器的極點配置狀態(tài)觀測器的閉環(huán)極點可任意配置的充要條件為系統(tǒng)狀態(tài)完全可觀測30求狀態(tài)觀測器，使其特征值為例：設(shè)系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式為解：顯然滿秩，所以系統(tǒng)狀態(tài)可觀測。狀態(tài)方程同前面極點配置例313233基于狀態(tài)觀測器的狀態(tài)反饋系統(tǒng)B∫CAB∫A－HCH觀測器K-34基于觀測器的狀態(tài)反饋系統(tǒng)為35極點配置的分離性原理狀態(tài)觀測器、狀態(tài)反饋兩部分的極點可以分別獨立地進(jìn)行配置。注：為使觀測器的狀態(tài)估計值較快地→實際狀態(tài)，一般取觀測器極點的負(fù)實部為狀態(tài)反饋系統(tǒng)極點負(fù)實部的2～3倍36閉環(huán)傳遞
7、函數(shù)的不變性閉環(huán)傳遞函數(shù)等同于直接狀態(tài)反饋的情況；觀測器的引入不影響閉環(huán)傳遞函數(shù)注：分離性原理和傳函的不變性都基于精確模型37（1）要求狀態(tài)觀測器的特征值為仿真例：系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式同前面例（2）通過狀態(tài)反饋將系統(tǒng)的閉環(huán)極點配置為（3）仿真驗證觀測狀態(tài)對實際狀態(tài)的跟蹤情況， 并比較有無觀測器的響應(yīng)情況（分有無模型 誤差、有無擾動）。38解：前面已求出39直接狀態(tài)反饋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖程序：ac8no3取D=0C=I40基于觀測器的狀態(tài)反饋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖程序：ac8no4取D=0C=I41沒有模型誤差和擾動時 的仿真結(jié)果42狀態(tài)變量的零狀態(tài)響應(yīng)x1
8、x3x2有無狀態(tài)觀測器結(jié)果一樣43無觀測器的狀態(tài)變量：零輸入響應(yīng)x1x3x244有觀測器的狀態(tài)變量：零輸入響應(yīng)x1x3x2平穩(wěn)性和快速性都劣于無觀測器時45同時考慮輸入和初始狀態(tài)的輸出響應(yīng)有觀
