状态向量的线性变换线性变换-课件.ppt
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《状态向量的线性变换线性变换-课件.ppt》由用户(ziliao2023)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 状态 向量 线性变换 课件
- 资源描述:
-
1、现代控制理论现代控制理论 0 0绪论绪论控制系统的状态空间表达式控制系统的状态空间表达式状态空间表达式的解状态空间表达式的解线性控制系统的能控性和能观性线性控制系统的能控性和能观性稳定性分析稳定性分析线性定常系统的时域综合线性定常系统的时域综合参考文献参考文献现代控制理论现代控制理论(第第3版版),刘豹,机械工业出版社 现代控制理论基础现代控制理论基础,谢克明,北京工业大学出版社 现代控制理论基础现代控制理论基础,曲延滨等,哈尔滨工业大学现代控制理论学时分配现代控制理论学时分配章节章节主要内容主要内容各教学环节学时分配各教学环节学时分配备注备注讲讲授授实实验验讨讨论论习习题题小小计计0 0绪论
2、绪论1 11 11 1状态空间描述状态空间描述4 41 15 52 2线性系统的时域分析线性系统的时域分析2 21 11 14 43 3线性控制系统的能控线性控制系统的能控性和能观测性性和能观测性6 61 11 18 84 4系统稳定性系统稳定性3 31 14 45 5线性定常系统的综合线性定常系统的综合4 42 21 11 18 8总复习与机动总复习与机动2 2 0-1 控制理论的性质系统输入输出的数学描述:系统性能的提高:反馈控制和基于反馈的串联校正复杂系统:系统内部的结构特性传递函数R(S)E(S)N(S)Y(S)GC(S)H(S)G(S)动态和稳态性能 0-1 控制理论的性质性能指标
3、在一段时间上的所需性能和实际性能的差异的性能指标,控制的目标是寻找一个使性能指标为最小的时间函数的控制.时间最小燃料最小性能指标的多样性性能指标的多样性 0-2 控制理论的发展对系统进行完全的描述:状态空间表达式 能控性,能观性,状态实现,线性二次型最优控制成为整个控制理论发展的概念基础20世纪世纪50年代到年代到60年代年代极大值原理极大值原理,动态规划动态规划,维纳和卡尔曼滤波维纳和卡尔曼滤波计算机的发展计算机的发展 0-4 现代控制理论的应用宇宙飞船电力系统(发电和用户)(生产管理控制问题)高性能飞机(F16,苏27-苏30)广泛应用:现代化仪表(完备的传感器和执行器)与便宜的电子硬件和
4、控制理论处理动态系统的能力各种运动控制卡,模块化的传感器,各种处理芯片(无线通讯模块,光电码盘,雷达)第一章 控制系统的状态空间表达式1-1 状态变量及状态空间表达式状态变量及状态空间表达式状态变量状态变量完全表征系统运动状态完全表征系统运动状态,具有最小个数的一组变量具有最小个数的一组变量.例如:要表示一维受力运动的质点运动.位置,速度,ma=F其数学描述就是反映系统变量间因果关系和变换的一种其数学描述就是反映系统变量间因果关系和变换的一种数学模型(时域)数学模型(时域)状态空间表达式状态空间表达式fxm 对于对于n阶系统阶系统,有有n个独立的状态变量个独立的状态变量.状态变量的选择不是唯一
5、的状态变量的选择不是唯一的.在平坦道路上行驶的汽车的状态?在平坦道路上行驶的汽车的状态?第一章 控制系统的状态空间表达式以状态变量为坐标轴所构成的以状态变量为坐标轴所构成的n维空间维空间,称为状态空间称为状态空间状态矢量状态矢量 第一章 控制系统的状态空间表达式Tntxtxtxtx)(),.(),()(21状态空间状态空间 状态轨迹状态轨迹(help plot3)第一章 控制系统的状态空间表达式状态空间状态空间 第一章 控制系统的状态空间表达式由状态变量由状态变量x x和输入变量和输入变量u u的描述的一阶微分方程组的描述的一阶微分方程组状态变量状态变量x x和输出变量和输出变量y y的函数关
6、系的函数关系状态方程状态方程在给定当前状态、激励和系统动态在给定当前状态、激励和系统动态方程的条件下,状态变量描述了系方程的条件下,状态变量描述了系统的未来响应统的未来响应输入输入 u(t)u(t)动态系统动态系统x x1 1,x x2 2,x,xn nx(0)输出输出y(t)y(t)状态状态 x(t)x(t)输出输出部件部件)(),()(tutxftx+输出方程输出方程1-1 状态空间表达式状态空间表达式),()(),(),()(ttxgtyttutxftx状态方程和输出方程的一般形式状态方程和输出方程的一般形式例1 质量弹簧阻尼系统)()()()(2tutkydttdybdttydmdtt
7、dyxyx)(,21设mku(t)y mu(t)yfy ky1-1 状态变量及状态空间表达式状态变量及状态空间表达式112221122)(1)(xytumxmkxmbxxxtukxbxxm0),(),0(),0(21ttuxx给定:给定:212121011010 xxyumxxmbmkxxRLC电路电路电容电压和电感电流电容电压和电感电流1-1 状态变量及状态空间表达式状态变量及状态空间表达式uc(t)u(t)R LiidtduCc)(tuuRidtdiLc令cuxix21,Cidtduc/)(1tuuLiLRdtdic1-1 状态空间表达式状态空间表达式duCxybuAxxutDxtCyut
8、BxtAx)()()()(线性系统状态方程和输出方程的一般形式线性系统状态方程和输出方程的一般形式单输入输出线性定常系统b,为列向量c为行向量d为标量状态方程状态方程输出方程输出方程1-1 状态空间表达式状态空间表达式333231322221131211AAAAAAAAAAutDxtCyutBxtAx)()()()(1:1:1:pyrunxrpDnpCrnBnnA:多输入多输出线性定常系统写出2输入1输出系统的B,C,D的一般形式1-1 1-1 状态空间表达式的系统框图状态空间表达式的系统框图状态空间描述的系统信号传递的关系图状态空间描述的系统信号传递的关系图线性系统框图线性系统框图(方块图方
9、块图)uACBDxyx 1-2 1-2 状态空间表达式的模拟结构图状态空间表达式的模拟结构图模拟结构图模拟结构图:系统中各状态变量之间的信息传递关系系统中各状态变量之间的信息传递关系1x1x 2x2x 积分器、比例器、求和器uxyuxx8325一 维状态空间uxyuxxxuxx73325维121221状态空间二k1-2 1-2 状态空间表达式的模拟结构图状态空间表达式的模拟结构图模拟结构图模拟结构图:系统中各状态变量之间的信息传递关系系统中各状态变量之间的信息传递关系212121011010 xxyumxxmbmkxx1x uy2xb/mk./m11x2x 1/m1-2 1-2 状态空间表达式
10、的模拟结构图状态空间表达式的模拟结构图12211222222112121111;duxcxcyubxaxubxaxax练习练习:写出矩阵形式写出矩阵形式,画出下列系统的模拟结构图画出下列系统的模拟结构图1x a11c1b1dx1y2x x2a12a22c2b2u1u21-3 状态空间表达式的建立状态空间表达式的建立(1)(1)如何获得状态空间描述如何获得状态空间描述例1 质量弹簧阻尼系统)()()()(2tutkydttdybdttydmdttdyxyx)(,21设物理系统的机理物理系统的机理(电气电气,机械机械,机电机电,气动等气动等)系统传递函数或微分方程系统传递函数或微分方程系统结构框图
11、系统结构框图1-3 状态空间表达式的建立状态空间表达式的建立(1)(1)21212101)()(1010 xxtytumxxmbmkxx状态方程和输出方程状态方程和输出方程s11Tsk结构框图的基本元素pszssTks 1-3 状态空间表达式的建立状态空间表达式的建立(1)(1)结构图结构图asbTsTkTsks/1/,11s11Tskuyk1yx ux xyux,1-3 状态空间表达式的建立状态空间表达式的建立(1)(1)bxyuaxx,结构子图结构子图asbuyx yx abu1sabuyxbuayyx yabuxxybuaxxyxbuayy,1sabux=y1-3 状态空间表达式的建立状
12、态空间表达式的建立(1)(1)结构图结构图1112221)(1/1/,1xyxkuTkxTxxxTsTkTsks11Tskuyk1x1x21-3 状态空间表达式的建立状态空间表达式的建立(1)(1)212112101)()(0110 xxtytuTkxxTTkkxx状态方程和输出方程状态方程和输出方程1-3 状态空间表达式的建立状态空间表达式的建立(1)(1)课堂练习题课堂练习题11122121532xyuxxxxxxs131suy5x1x2221212101)()(103512xxtytuxxxx1-3 状态空间表达式的建立状态空间表达式的建立(1)(1)uxyupzpxx)(0D结构框图的
13、基本元素pspzpszs1pspzuyxpszsyu21ss1-3 状态空间表达式的建立状态空间表达式的建立(1)(1)课堂练习题课堂练习题2x221212101)()(112517xxtytuxxxxs121ssuy5x12y2u21-3 状态空间表达式的建立状态空间表达式的建立(1)(1)112222222121522xyxuuuxyuxxxyx课堂练习题课堂练习题221121ssss1x221suy5x12y2u2sTks1-3 状态空间表达式的建立状态空间表达式的建立(1)(1)由系统机理建立状态空间描述由系统机理建立状态空间描述:电网络和力与机械运动电路图电路图:独立的储能元件个数独
14、立的储能元件个数=状态变量的个数状态变量的个数;电容上的电压和电感中的电流为状态变量电容上的电压和电感中的电流为状态变量1-1-状态空间表达式的建立状态空间表达式的建立()nmaSaSaSbSbSbSbswnnnmmmm,.)(01110111ububububyayayaymmmmnnn01)1(1)(01)1(1)(.输入输出描述状态空间描述状态空间表达式状态空间表达式duCxybuAxx1-状态空间表达式的建立状态空间表达式的建立()0,dnm011100111.)(.)()(0,aSaSaSbabSbabbswbdnmnnnmnmnmmmasbxybuaxxpspzpszs1uxpzyu
15、pxx)(bxyuaxx1-状态空间表达式的建立状态空间表达式的建立()0,dnm01110().nnnbW ssasa sa系统实现问题:非唯一的12(1).nnxyxyxy传递函数中没有零点的实现传递函数中没有零点的实现01110()(1)1100()().nnnnnnbY sU ssasa sayaya ya yb u 令:1-状态空间表达式的建立状态空间表达式的建立()12231121120 10.nnnnnnnxxxxxxxaxaxa xa xb u 传递函数中没有零点的实现传递函数中没有零点的实现系统模拟结构图1-状态空间表达式的建立状态空间表达式的建立()传递函数中没有零点的实现
16、传递函数中没有零点的实现b0uy1-4 状态空间表达式的建立状态空间表达式的建立(2)(2)状态方程状态方程b11-状态空间表达式的建立状态空间表达式的建立()1321332217432xyuxxxxxxxx2347)(23ssssw写成矩阵形式写成矩阵形式321321321001700432100010 xxxyuxxxxxx例题:例题:1-状态空间表达式的建立状态空间表达式的建立()1321332217432xyuxxxxxxxx723412347)(2323sssssssw写成矩阵形式写成矩阵形式321321321007100432100010 xxxyuxxxxxx例题:例题:1-状态
17、空间表达式的建立状态空间表达式的建立()(4)(2)(9)().2(1232)().1(23tutytytyssssw 课堂提问课堂提问写出下列系统的状态空间表达式写出下列系统的状态空间表达式1-状态空间表达式的建立状态空间表达式的建立()nmasasasbsbsbsWnnnmm,.)(011101传递函数中有零点的实现传递函数中有零点的实现0111.1asasasnnn01.bsbsbmmuy1y直接设置,x1=y,x2=dy/dt,.直接设置,在状态方程中会带来输入项的导数?uuyyy 221-状态空间表达式的建立状态空间表达式的建立()01.bsbsbmm0111.1asasasnnn1
展开阅读全文