线性控制系统分析.ppt

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定理9:线性定常系统(2)完全能观的充要条件是 (列满秩) 其中 证:由于可观性与输入 无关,为简单计,在此针对如下的系统进行证明,并设 [必要性]即由系统完全能观推证 。 反证法,即若 ,则必存在一个非零向量 ,使得 。 亦即 输出方程为: 由引理得: 可是由 作为初始条件同样有 ,这样,从两个不同的初始状态出发得到的输出信号却完全相同,与完全能观性相矛盾。所以必要性得证。 [充分性]即由 推证系统完全能观。 由 满秩,与定理8的证明类似,可得矩阵 对一切 是可逆的。而在 两边左乘以 并在 区间上积分得 由 的可逆性可得: 所以系统是完全能观的。 Example 5 对上例中的二系统判断能观性 解: (1) (2) (1) (2) 所以系统不完全能观. 所以系统完全能观. 离散系统的能控性与能观性 只研究关于常系数线性离散系统(3)的能控性与能观性问题. (3) 定义3: 称系统(3) 为完全能控的,是指对于任意初始状态 必存在有限步控制序列 使得在这组控制下, . 定义4: 称系统(3) 为完全能观的,是指能由若干次的输入 和输出 来唯一确定初始状态 . 定理10:对 维线性定常离散系统(3),定义判别矩阵 (行满秩) 则系统完全能控的充要条件为 证: 在状态方程 中,取 并令 得 这表明,系统(3)完全能控的充要条件是 定理11[最小拍控制]:考虑单输入离散时间线性时不变系统: 其中, 非奇异.那么当系统完全能控时,可构造如下一组控制: 使系统必可在 步内由任意非零初始状态 转移到状态空间原点。通常,称这种控制为最小拍控制。 证:用运动关系式得 由系统的能控性及 的非奇异性,可得,对任意的 , 方程 (4) 有唯一解 (5) 将(5)代入(4)可得 定理12:线性定常系统(3)完全能观的充要条件是 (列满秩) 证:由(3)的输出方程 可得 又可写成线性方程组的形式 此方程组有解的充要条件是系数矩阵 列满秩。 §3 极点配置与实现问题 先给出定常系统的规范标准型,在此基础上讨论系统的极点配置问题和实现问题。 3.1 代数等价系统与不变量 通过相似变换,将系统化为较为简单的形式,即对系统(1) (1) 施以非退化的线性变换 ,则得系统(2) (2) 易得: 称系统(1)与系统(2)为代数等价系统。 L -1[ ] T-1 = 两个代数等价的系统具有一些相同的性质。 1) L -1[ ]=T 2)传递函数不变,即 3)不改变系统的能控性和能观测性 由于 3.2 能控、能观规范形式 系统(1)的能控规范型和能观规范型都与(1)代数等价,在对(1)进行极点配置时要用到能控规范型的相关性质。相比来讲,能观规范型用的较少,且由能控与能观的对偶关系,很容易导出能观规范型的相应结论,在此,只讲述能控规范型。 设系统 的传递函数为: * 第二章 线性控制系统分析 §1 稳定性 本部分内容重点是理解稳定性概念;掌握输入-输出描述下的稳定性判据和状态方程描述下的稳定性判据. 稳定性描述的是初始条件下系统方程的解是否具有收敛性,是系统的重要特性,一个不稳定的系统是不能付诸实用的. 1.1 输入-输出描述下的稳定性判据 定义1:对于一个系统,如果对任何有界的输入,其输出都是有界的,则称该系统BIBO(Bounded-Input Bounded Output)稳定。 定理1:一个线性时不变的SISO系统BIBO稳定的充分必要条件是,存在一个常数 ,使得 证明:[充分性] 设 为系统的输入,且 那么,由 所以, 是有界的. [必要性] 反证法:设 取 显然, 是有界的输入.由它引起的输出为: 当 时,有 与 有界矛盾. 对多变量系统,设有 r 个输入,

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