第五章+系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)ppt課件

1、第五章第五章 系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)一一. .狀態(tài)反饋與輸出反饋狀態(tài)反饋與輸出反饋1. 閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)思想閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)思想2. 加入狀態(tài)反饋后的控制系統(tǒng)模型及其特性加入狀態(tài)反饋后的控制系統(tǒng)模型及其特性 知：被控對(duì)象的狀態(tài)空間表達(dá)式為：知：被控對(duì)象的狀態(tài)空間表達(dá)式為：(1) 結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)形式(2) 狀態(tài)空間表達(dá)式及其傳遞函數(shù)矩陣狀態(tài)空間表達(dá)式及其傳遞函數(shù)矩陣閉環(huán)控制信號(hào)：閉環(huán)控制信號(hào)：狀態(tài)方程狀態(tài)方程: 若若D=0則：則： 傳遞函數(shù)矩陣傳遞函數(shù)矩陣D=0）：）：可選擇參數(shù)為可選擇參數(shù)為 DrxDKCyBrxBKAx)()(CxyBrxBKAx)(KxruBBKAsICsG

2、yr1)()(DuCxyBuAxx C Aux Byx krnrK)()(nrrnnnKBAsIsD3. 加入輸出反饋的控制系統(tǒng)加入輸出反饋的控制系統(tǒng)（1結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)形式（2狀態(tài)空間表達(dá)式及其傳遞函數(shù)矩陣狀態(tài)空間表達(dá)式及其傳遞函數(shù)矩陣 閉環(huán)控制信號(hào)：閉環(huán)控制信號(hào)： 狀態(tài)方程當(dāng)狀態(tài)方程當(dāng)D=0則：則： 傳遞函數(shù)矩陣傳遞函數(shù)矩陣D=0）：）： 可選擇參數(shù)為可選擇參數(shù)為 BBHCAsICsGyr1)()(CxyBrxBHCAx)(Hyru C Aux Byx HrmrH)()(nmmrrnnnCHBAsIsDmrk二二. 采用狀態(tài)反饋實(shí)現(xiàn)閉環(huán)極點(diǎn)的配置采用狀態(tài)反饋實(shí)現(xiàn)閉環(huán)極點(diǎn)的配置nk1方法之一方法

3、之一cxybuAxxbAAbbUnc1*1*21011)()()(*asasasssssfnnnnnkkkk21)()(bkAsIsf)(*)(sfsfbAAbbUnc1IaAaAaAAfnnn*1*011)(*1*21011)()()(*asasasssssfnnnn0)(1110nnnAAaAaIaAf111011110111111111001111100121*nnnnnnncnncnAaAaIaPAaAaIaPAPAPPaaaaaaPaaaaaaPkkkkk0111)(asasasAsIsfnnn。計(jì)算原狀態(tài)空間表達(dá)式所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)反饋矩陣計(jì)算原狀態(tài)空間表達(dá)式所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)反饋矩陣K K：

4、前往前往111111111100100,bAAbbUPAPAPPPncnc011121*)()()(*asasasssssfnnnn0111)(asasasAsIsfnnn11110021*nnnaaaaaakkkk1cPkkbAAbbUnc1xPxckPkxPkrxkrucc11uxaaax100100010210)()()(1331txktrtu01223321*)()()(*asasasssssf.;)()()()(2*231*120*0110212323aakaakaakkaskaskassf01223)(asasassf令令得對(duì)應(yīng)項(xiàng)系數(shù)相等，得：得對(duì)應(yīng)項(xiàng)系數(shù)相等，得：2,1241cc

5、rankUAbbU23)2)(1()(*2sssssf21kkk )1)(21 ()21)(2()23()211112(1001)()(212121221kkkkskkskksbkAsIsf)(*)(sfsf 142)1)(21 ()21)(2(3)23(21212121kkkkkkkkkxyuxx01;21111223)(*2sssf5661123)(*2IAAAf1456611124110)(*101121AfUkkkc23*)(*2012ssasassf33)(2012ssasasAsIsf 61*1100aaaak717571721112717271727172124110101111

6、11AppPUpcc1471757172611cPkk單元練習(xí)4極點(diǎn)配置習(xí)題練習(xí)xyuxxxyuxx118100423100010) 2(01;121021) 1 (22j22; 8j三三. .狀態(tài)觀測(cè)器的設(shè)計(jì)狀態(tài)觀測(cè)器的設(shè)計(jì) 1. 對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)重構(gòu)問題的研究對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)重構(gòu)問題的研究 2. 狀態(tài)觀測(cè)器存在的條件狀態(tài)觀測(cè)器存在的條件0limxxtx x（1全維狀態(tài)觀測(cè)器的設(shè)計(jì)思想全維狀態(tài)觀測(cè)器的設(shè)計(jì)思想x C Aux By C A B L-（2全維狀態(tài)觀測(cè)器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)全維狀態(tài)觀測(cè)器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)前往x y 結(jié)論：滿足結(jié)論：滿足的條件是矩陣的條件是矩陣的特征的特征值具有負(fù)實(shí)部，且距值具有負(fù)實(shí)部，且距虛軸

7、越遠(yuǎn)則觀測(cè)器的狀態(tài)跟蹤實(shí)際狀態(tài)就越快。所以，虛軸越遠(yuǎn)則觀測(cè)器的狀態(tài)跟蹤實(shí)際狀態(tài)就越快。所以，狀態(tài)觀測(cè)器的設(shè)計(jì)狀態(tài)觀測(cè)器的設(shè)計(jì)過程是：人為根據(jù)需要確定狀態(tài)觀測(cè)器的極點(diǎn)位置，過程是：人為根據(jù)需要確定狀態(tài)觀測(cè)器的極點(diǎn)位置，反過來確定狀態(tài)觀測(cè)反過來確定狀態(tài)觀測(cè)器的系數(shù)陣器的系數(shù)陣的取值。的取值。前往前往cxy nnlllL211BuAxxLyBuxLcAx)()()()(xxLcALcxAxxLcALyAxxLcAxx 0limxxt)(LcAmnLmnL受控對(duì)象的特征多項(xiàng)式為：受控對(duì)象的特征多項(xiàng)式為：觀測(cè)器的系數(shù)矩陣為：觀測(cè)器的系數(shù)矩陣為：前往前往10ncAcAcV)()()(*210nssssf)

8、()(0LcAsIsf100)(*100VAfLTnlllLsfsf2100)()(*01110*)(*asasassfnnn0111)(asasasAsIsfnnnnnnTaaaaaalllL110021LyBuxLcAx)(222020rankcAcrankrankV10020)10)(10()(*20sssssf)242()23(22121)022011(1001)()(211221210llslssllsllsLcAsIsf325 . 8100)242(20)23(21211llLlll325.8100)(*100VAfLyuxxyxxxuyxBuLyxLCAx32665 . 8201

9、0325 . 8)02325 . 82011()(22211前往前往BuAxxcxy xTx 21212122211211210 xxIyuBBxxAAAAxxxmm1x2x)()(22122221212222212111121211121211111uByAxAuBxAxAxxAuByAyuBxAyAyuBxAxAxxy2122222111221)(xAwuxAxuByAywuByAu得：設(shè)：狀態(tài)方程狀態(tài)方程輸出方程uByAyLuByAxALAwLuxALAx11122121222212222)()()(yLxz2yLzx2yLzxuBLByALAyLzALAz21211211222)()(

10、)(yLzyTxxTxTx21mnIcccT02111121ccc BuLyxLCAx)(2122222xAwuxAxn-m空間表達(dá)式為：空間表達(dá)式為：BuAxxcxy 21ccc mnIcccT021111121212122211211210 xyxxIyuBBxxAAAAxxxmmxTx yLzxuBLByALAyLzALAz21211211222)()()(2xyLzyTxxTxTx21)()()(*1222ALAsIsfsfLL3crankV2132120010001xxxxxIxy1,00, 6,116,10,00102122211211BBAAAA21llL 0, 165)()()

11、(*1221222lllssALAsIsfsf任意取221310 xzxxzLyzxuLBByLAALyzLAAz)()()(12112112221,00, 6,116,10,00102122211211BBAAAA2211yxyxuxxzz21665四四.帶狀態(tài)觀測(cè)器的狀態(tài)反饋系統(tǒng)帶狀態(tài)觀測(cè)器的狀態(tài)反饋系統(tǒng) C Aux Byx C A Bxy k LXXCyVBBXXBKLCALCBKAXX0-v)()()(0LCAsIBKAsIsfVBBXXXLCABKBKAXXX的極點(diǎn)則確定的極點(diǎn)則確定了狀態(tài)觀測(cè)器的狀態(tài)跟蹤系統(tǒng)實(shí)際狀態(tài)了狀態(tài)觀測(cè)器的狀態(tài)跟蹤系統(tǒng)實(shí)際狀態(tài)的速度，只需的速度，只需在系統(tǒng)進(jìn)入

12、穩(wěn)態(tài)時(shí)，觀測(cè)器反饋和直接在系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時(shí)，觀測(cè)器反饋和直接狀態(tài)反饋才完?duì)顟B(tài)反饋才完全等價(jià)。全等價(jià)。單元練習(xí)單元練習(xí)5j2全部課程內(nèi)容匯總?cè)空n程內(nèi)容匯總數(shù)學(xué)模型的求取線性定常系統(tǒng)狀態(tài)空間表達(dá)式的求解線性定常系統(tǒng)狀態(tài)空間表達(dá)式的求解狀態(tài)的能控性和能觀性狀態(tài)的能控性和能觀性控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析號(hào)特性。號(hào)特性。n漸近穩(wěn)定與大范圍漸近穩(wěn)定的概念。漸近穩(wěn)定與大范圍漸近穩(wěn)定的概念。前往前往線性定?？刂葡到y(tǒng)的設(shè)計(jì)線性定常控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)空間表達(dá)式；依據(jù)狀態(tài)空間表達(dá)式和希望極點(diǎn)位置求取降維觀測(cè)空間表達(dá)式；依據(jù)狀態(tài)空間表達(dá)式和希望極點(diǎn)位置求取降維觀測(cè)器的系數(shù)矩陣器的系數(shù)矩陣；通過變換陣；通過變換陣T返回到原狀態(tài)空間的系數(shù)矩返回到原狀態(tài)空間的系數(shù)矩陣陣；n特點(diǎn)：精度高、維數(shù)低、造價(jià)低。特點(diǎn)：精度高、維數(shù)低、造價(jià)低。前往前往LL111011110111111111001111100121*nnnnnnncnncnAaAaIaPAaAaIaPAPAPPaaaaaaPaaaaaaPkkkkk)(*100)(*100*11111101111101AfbAAbbAfUAAaAa