現代控制理論3 系統動態方程的建立

2021-10-03 16:26:15 字數 2147 閱讀 8952

列式要求:

1.選擇可以測量的物理量作為狀態變數

2.根據元件遵循的定律列寫方程

常用例子:電路圖、牛二定律系統

想直觀表達動態方程的變數關係——狀態變數圖

將狀態方程中每個一階微分方程用**表示

每個一階微分方程右端各項之和構成狀態變數的導數,經積分可得該狀態變數

組成:僅包含積分器、加法器、臂力器

好處:便於計算機系統進行**

步驟:先畫積分器,確定積分器兩端的量

再根據等式關係,進行連線

系統傳遞函式方框圖:

系統狀態變數圖:

相比而言,狀態變數圖更能體現系統內部之間的關係,狀態變數圖可以直接寫成系統動態方程

因此,有時需要將系統方框圖化為狀態變數圖

依據:實數域下,乙個n階的傳遞函式可以分解為最低一階或二階傳遞函式的求和

基本一階系統

系統動態方程:

x`=-ax+u

y=x二階系統

第一種:利用s`=s^2+a1s=s(s+a1)

得到包含乙個一階系統的結構圖:

最後化為:

第二種:需要上下同時除以s^2進行構造

另外:某傳函分子分母階次一致,需要提出常數構造併聯:

注意:1.選取不同狀態變數,會得到不同狀態方程

2.一階、二階系統中常有常值增益,其位置也會影響到動態方程

3.二階轉化方法不同(串聯不分前後),動態方程也會不同

4.反饋迴路的方向和正向迴路的方向不同

動態方程典型形式的建立

1**.能控規範形的動態方程:**

2.能觀測規範形的動態方程:

3.對偶關係

能控規範形與能觀測規範形之間存在的對偶關係

設能控規範形矩陣的下標為c

設能觀測規範形矩陣的下標為o

例:

4.對角規範形

條件:d(s)=(s-λ1)(s-λ2)…(s-λn)

即:g(s)可以分解為若干 c/(s-λ) 的和

此時有:x1`=λ1x1+u

x2`=λ2x2+u

…xn`=λnxn+u

y=c1x1+c2x2+…cnxn其矩陣形式為:

1.在可以化為對角規範形的基礎上如果還有相同實極點時,還可以化約當形

2.當g(s)分子分母冪次相同時,應用除法進行化簡,提出常數,再應用前面的知識

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