全部－ch5状态反馈 和 与状态观测器 研究生现代控制工程试卷 课件.pptVIP

第六章 状态反馈和状态观测器;第一节 状态反馈及极点配置; 状态反馈：将系统每一个状态变量乘以相应的反馈系数馈送到输入端与参考输人相加，其和作为受控系统的控制输入。;状态反馈闭环系统：;极点配置：通过反馈增益矩阵K的设计，将加入状态反馈后的闭环系统的极点配置在S平面期望的位置上。;由 得：;第二能控标准型：;求反馈增益矩阵K的步骤： (1)判断系统能控性。如果状态完全能控，按下列步骤继续。;(3)求第二能控标准型下闭环系统的特征多项式：;重新求解前面例1：;期望极点选取的原则： 1）n维控制系统有n个期望极点； 2）期望极点是物理上可实现的，为实数或共轭复数对； 3）期望极点的位置的选取，需考虑它们对系统品质的影响（离虚轴的位置），及与零点分布状况的关系。 4）离虚轴距离较近的主导极点收敛慢，对系统性能影响最大，远极点收敛快，对系统只有极小的影响。;三、状态反馈闭环系统的能控性和能观测性;结论2：状态反馈可以保持原系统的能控性，但不一定能保持原系统的能观测性。;第二节 输出反馈及极点配置;输出反馈两种方式：输出到输入的反馈；输出到状态微分的反馈;输出反馈增益矩阵：;原受控系统 ：;定理：输出到状态微分的反馈，其极点任意配置条件为原系统状态可观测。;能观测标准型下输出到状态微分的反馈系统矩阵：;[本节小结]：;2、输出到状态微分的反馈：;第三节 状态观测器;状态重构： 不是所有的系统状态物理上都能够直接测量得到。需要从系统的可量测参量，如输入u和输出y来估计系统状态 。;原受控系统 ：;状态观测器 方程：;渐近状态观测器 结构图： 维数2n。;状态观测器能否起作用的关键： 观测器在任何初始条件下，都能够无误差地重构原状态。;令：;1、能观测部分：;要求A22的特征值均具有负实部，即不能观部分是渐近稳定的。;第二能观测标准型下状态观测器的特征多项式：;状态观测器的设计步骤：;(5)由 求出在第二能观测标准型下观测器的反馈矩阵：;[解]：(1)传递函数 无零极点对??， 可以写为第二能观测标准型：;(4)在能观测标准型下，观测器的反馈矩阵为：;四、构成状态观测器的原则：;降维状态观测器 （龙伯格观测器） 原因：第3节所讲述的是全维状态观测器。实际上，对于m维输出系统，就有m个变量可以通过传感器直接测量得到。如果选择该m个变量作为状态变量，则这部分变量不需要进行状态重构。观测器只需要估计n-m个状态变量即可。n-m维降维观测器，或最小阶观测器 。;不能直接测量的n-m维子系统的状态观测器;[本节小结]：;(3)写出状态观测器的期望特征多项式：;(5)由 求出在第二能观测标准型下观测器的反馈矩阵：;第四节 带有观测器的 状态反馈系统;状态观测器的建立，为不能直接量测的状态反馈提供了条件。;带有全维状态观测器的状态反馈系统等价结构图：;二、带有观测器的状态反馈系统的输入输出特性;则经过非奇异变换后的状态空间描述为：;得组合系统的传递函数为：;[例]：;由 可以求得：;所以状态观测器的反馈矩阵为：;[本节小结]：