控制系统仿真张袅娜第5章控制系统分析课件教学.pptVIP

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PPT研究院 POWERPOINT ACADEMY * * * 第5章 控制系统分析 【例】己知系统∑(A, B, C, D)的相应系统矩阵为 试利用MATLAB对系统进行能控性结构分解和能观测性结构分解。 解:MATLAB程序如下: A=[0,0,-1;1,0,-2;0,1,-2];B=[1;1;0];C=[0,1,-2]; %系统的系数矩阵 [Ac,Bc,Cc]=ctrbf(A,B,C) %能控性结构分解 [Ao,Bo,Co]=obsvf(A,B,C) %能观测性结构分解 运行结果如下: A= ,B= ,C=[0 1 -2] * 第5章 控制系统分析 Ac = -1.0000 0.0000 -0.0000 -1.4142 -1.5000 0.8660 -0.8165 -2.0207 0.5000 Bc = 0 0 -1.4142 Cc = 1.7321 1.2247 -0.7071 Ao = -0.2222 -1.0932 -2.5342 0.2485 -0.5778 -1.0667 0.0000 0.6000 -1.2000 Bo = 1.3333 -0.1491 -0.4472 Co = -0.0000 0.0000 -2.2361 * 第5章 控制系统分析 5.6 李雅普诺夫稳定性分析 李雅普诺夫将判断系统稳定性的问题归纳为两种方法,即李雅普诺夫第一法和李雅普诺夫第二法。李雅普诺夫第一法也称为李雅普诺夫间接法,是通过解系统的微分方程式,然后根据解的性质来判断系统的稳定性,经典控制理论中对稳定性的讨论正是建立在李雅普诺夫第一法思路基础上的。 李雅普诺夫第二法也称为李雅普诺夫直接法,该方法基于引入具有广义能量属性的李雅普诺夫函数和分析李雅普诺夫函数导数的定号性,建立判断系统稳定性的相应结论。 * 第5章 控制系统分析 李雅普诺夫第一法 1. 线性定常系统的特征值判据 定理5-1(连续时间线性定常系统特征值判据):对于连续时间线性定常系统 , , x(0)=x0,t≥0,有 (1) 系统的每一平衡状态是在李雅普诺夫意义下的稳定的充分必要条件是,A的所有特征值均具有非正(负或零)实部,且具有零实部的特征值为A的最小多项式的单根。 (2) 系统的惟一平衡状态xe=0是渐近稳定的充分必要条件是,A的所有特征值均具有负实部。 * 第5章 控制系统分析 定理5-2(离散时间线性定常系统特征值判据):对于离散时间线性定常系统x(k+1)=Gx(k),x(0)=x0,k=0,1,2,…,有 (1) 系统的每一平衡状态是在李雅普诺夫意义下的稳定的充分必要条件是,G的所有特征值的模均等于或小于1,且模等于1的特征值为G的最小多项式的单根。 (2) 系统的惟一平衡状态xe=0是渐近稳定的充分必要条件是,G的所有特征值的模均小于1。 * 第5章 控制系统分析 定理 5-3: (1) 若A的所有特征值实部为负,则系统在平衡状态xe处是渐近稳定的, 且与R[(x-xe)]无关; (2) 若A的特征值中有一个具有正实部,则系统在平衡状态xe处是不稳定的; (3) 若A的特征值中有一个实部为零,则系统在平衡状态xe处的稳定性与R[(x-xe)]有关。 * 第5章 控制系统分析 李雅普诺夫第二法 1. 李雅普诺夫第二法在线性定常系统中的应用 (1) 连续时间线性定常系统渐近稳定的判别 考虑连续时间线性定常系统,自治状态方程为 其中,为n维状态向量,A为非奇异矩阵,状态空间原点xe=0为系统惟一平衡状态。 * 第5章 控制系统分析 定理5-4(连续时间线性定常系统李雅普诺夫判据):对于连续时间线性定常系统,原点平衡状态xe=0为渐近稳定的充分必要条件是,对于任意给定的一个n×n正定实对称矩阵Q,李雅普诺夫方程 有惟一n×n正定实对称解阵P。 * 第5章 控制系统分析 (2) 离散时间线性定常系统渐近稳定的判别 考虑离散时间线性定常系统,自治状态方程为 其中,x为n维状态向量,G为非奇异矩阵,状态空间原点xe=0为系统惟一平衡状态。 定理5-5(离散时间线性定常系统李雅普诺夫判据):对于离散时间线性定常系统,原点平衡状态xe=0为渐近稳定的充分必要条件是,对于任意给定的一个n×n正定实对称矩阵Q,离散型李雅普诺夫方程 有惟一n×n正定实对称解阵P。 * 第5章 控制系统分析 2. 李雅普诺夫第二法在线性时变系统中的应用 (1) 连续时间线性时变系统渐近稳定的判别

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