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8章 线性系统的状态空间分析法

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8章 线性系统的状态空间分析法nullnull1. 建立连续系统状态表达式及其求解方法 3. 判断连续系统的能控性与能观性 重点:第8章 线性系统的状态空间分析法 2. 连续系统状态空间法的三种规范型 4. 建立离散系统状态表达式及其求解方法5. 用秩判据判断离散系统的能控性与能观性 null8.1 状态空间基本概念 1.状态 表征动力学系统的过去、现在和将来运动状况的信息。2.状态变量 指足以完全表征系统时域状态的最小一组变量。n阶系统有n个独立的状态变量。3.状态向量 状态变量的选取不唯一,不一定在物理上可测量,但实用时选取易测量的量作为...

8章 线性系统的状态空间分析法
nullnull1. 建立连续系统状态 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 达式及其求解方法 3. 判断连续系统的能控性与能观性 重点:第8章 线性系统的状态空间分析法 2. 连续系统状态空间法的三种规范型 4. 建立离散系统状态表达式及其求解方法5. 用秩判据判断离散系统的能控性与能观性 null8.1 状态空间基本概念 1.状态 表征动力学系统的过去、现在和将来运动状况的信息。2.状态变量 指足以完全表征系统时域状态的最小一组变量。n阶系统有n个独立的状态变量。3.状态向量 状态变量的选取不唯一,不一定在物理上可测量,但实用时选取易测量的量作为状态变量,以便实现状态反馈和改善系统性能的要求。 !null4. 状态空间 5. 状态方程 由状态变量的一阶导数与状态变量、输入量所构成的方程 。反映了输入与状态变量间的关系。以状态变量 为坐标轴所构成的n维空间。状态空间中的每一点都代表了状态变量的唯一特定的一组值。状态随时间的变化过程,则构成了状态空间中的一条轨迹(状态轨迹)。 null例单输入n阶线性定常连续系统的状态方程一般形式为 输入其向量-矩阵形式为 系统矩阵输入矩阵(列向量)状态变量(列向量)null6. 输出方程 如上例中有 式中 输出矩阵前向传递系数输出其向量-矩阵形式为 由系统输出量与状态变量、输入量所构成的方程。null7. 状态空间表达式 状态方程和输出方程的组合,构成了对系统动态特性的完整描述。揭示了系统内部状态对系统性能的影响。 (动态方程) 对于单输入-单输出系统: 用状态变量方框图表示 单线表示单变量信号流向,双线表示向量信号流向。!null式中 对于r个输入-m个输出系统: null用状态变量方框图表示 状态空间法既表征了输入对系统内部状态的因果关系,又反映了内部状态对外部输出的影响,所以状态空间表达式是对系统的一种完全描述。 结论向量、矩阵的运算顺序不许任意颠倒 !null8. 状态空间表达式模拟结构图 在状态空间法中,一般用模拟结构图来表示系统各状态变量之间的信息传递关系。它为系统提供了一种物理图形,便于计算机模拟。它由积分器、加法器和比例器三种元件组成。系统的阶数等于积分器的个数,取每个积分器的输出为状态变量。原则(1) 由微分方程绘模拟结构图例下面以单输入单输出系统为例来说明绘制方法null例(2)由方框图绘模拟结构图null(3) 由状态空间表达式绘模拟结构图说明多输入多输出系统的模拟结构图绘制方法相同。null8.2 建立状态空间表达式的方法 8.2.1 建立单输入单输出系统的状态空间表达式 1. 由实际系统所遵循的规律建立状态空间表达式先根据系统的物理或化学等特性,写出系统的运动方程式,再选取适当的状态变量,把运动方程化为关于状态变量的一阶微分方程,从而建立起状态空间表达式。 例解(1)建立系统微分方程 null由电路定律得(2) 确定系统的状态方程和输出方程取x1= iL , x2= uC ,y=i,则null2. 由微分方程建立状态空间表达式 (1)微分方程右边不含导数项例绘制状态变量图 解null取状态变量为状态空间表达式 null推广到n阶系统:状态空间表达式 null(2)微分方程右边含有导数项1)当m=n 时实际系统的微分方程右边含有导数项,可通过选取适当的状态变量使输入导数项消失。不妨取状态变量为 nullnullnull输入特性(β0 ~βn)与状态方程中的系数矩阵A无关,即微分方程右边的导数项不影响A,但影响输入矩阵b和前馈系数d。 明确null2)当m< n 时(可将高于m次导数项的系数置为零) 例解null3. 由传递函数求状态空间表达式 (1)直接程序法 例解将原传递函数分母首项化为1 :令 实现问题 null将E(s)对应e,U(s)对应u,s -1E(s)对应x3,s -2E(s)对应x2,s -3E(s)对应x1,由此绘出状态变量图。 null同理,当初始条件为零时,对于单输入-单输出线性定常系统,其传递函数为nullnull(2)多层积分法例解null同理,对于系统:有以下状态空间表达式null能观 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 型 能控标准型中的矩阵A、b、c与能观标准型中的矩阵AT、cT、bT互为转置,称为具有互为对偶性。 !null(3)并列程序法 例解先将传递函数展成部分分式之和的形式: 取状态变量为: null状态空间表达式 null状态空间表达式 解偶标准型 (对角标准型) 对于上面的单输入-单输出线性定常系统: (1)当其传递函数(m
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分类:理学
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