第6章现代控制系统分析与设计2014PPT课件下载推荐.ppt

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用的规律及需要增加的结构和参数。

控制作用规律常取为反馈的形式。

抗扰动或抗参数变动，反馈系统优于非反馈系统。

66.1.1引言引言uu综合问题三要素：

受控系统，性能指标，控制输入综合问题三要素：

受控系统，性能指标，控制输入受控系统：

连续时间线性定常系统受控系统：

连续时间线性定常系统控制输入：

状态反馈，输出反馈控制输入：

状态反馈，输出反馈输出反馈控制输出反馈控制输出反馈控制输出反馈控制状态反馈控制状态反馈控制状态反馈控制状态反馈控制66.1.1引言引言输出反馈控制输出反馈控制输出反馈控制输出反馈控制状态反馈控制状态反馈控制状态反馈控制状态反馈控制性能指标类型性能指标类型性能指标类型性能指标类型：

（11）镇定问题：

以渐近稳定作为性能指标。

）镇定问题：

（22）极点配置：

以一组期望的闭环极点作为性能指标。

）极点配置：

（33）解耦问题：

以使一个多输出）解耦问题：

以使一个多输出多输出系统实现多输出系统实现多输出系统实现多输出系统实现“一个输入只控制一个输出一个输入只控制一个输出一个输入只控制一个输出一个输入只控制一个输出”作为性能指标。

作为性能指标。

（44）跟踪问题：

以使系统的输出无静差地跟踪一个外部）跟踪问题：

以使系统的输出无静差地跟踪一个外部信号作为性能指标。

（实现扰动抑制和渐近跟踪）信号作为性能指标。

（实现扰动抑制和渐近跟踪）66.1.1引言引言66.2.2状态反馈和输出反馈状态反馈和输出反馈控制控制控制控制取为状态取为状态取为状态取为状态的线性函数，的线性函数，的线性函数，的线性函数，uu状态反馈和输出反馈的构成形式状态反馈和输出反馈的构成形式状态反馈和输出反馈的构成形式状态反馈和输出反馈的构成形式称为状态反馈。

称为状态反馈。

线性定常系统线性定常系统线性定常系统线性定常系统控制控制控制控制取为输出取为输出取为输出取为输出的线性函数，的线性函数，的线性函数，的线性函数，称为输出反馈。

称为输出反馈。

为参考输入。

状态反馈的构成形式：

传递函数矩阵为：

66.2.2状态反馈和输出反馈状态反馈和输出反馈输出反馈的构成形式：

输出反馈的构成形式：

66.2.2状态反馈和输出反馈状态反馈和输出反馈两者都可改变系统结构属性和实现性能指标。

两者都可改变系统结构属性和实现性能指标。

状态反馈和输出反馈，都可改变系统矩阵。

令令令令：

则输出反馈达到的功能，必可找到相应的则输出反馈达到的功能，必可找到相应的则输出反馈达到的功能，必可找到相应的则输出反馈达到的功能，必可找到相应的状态反馈要优于输出反馈。

状态反馈要优于输出反馈。

一个状态反馈来实现。

但但但但的解的解的解的解通常不存在，则反之不成立。

通常不存在，则反之不成立。

66.2.2状态反馈和输出反馈状态反馈和输出反馈反馈的引入对能控性和能观测性的影响。

反馈的引入对能控性和能观测性的影响。

结论结论结论结论11：

状态反馈的引入，不改变系统的能控性，但可能：

状态反馈的引入，不改变系统的能控性，但可能改变系统的能观测性。

改变系统的能观测性。

结论结论结论结论22：

输出反馈的引入不改变系统的能控性和能观测性。

：

uu状态反馈和输出反馈系统的能控性和能观测性状态反馈和输出反馈系统的能控性和能观测性状态反馈和输出反馈系统的能控性和能观测性状态反馈和输出反馈系统的能控性和能观测性66.2.2状态反馈和输出反馈状态反馈和输出反馈66.2.2状态反馈和输出反馈状态反馈和输出反馈66.2.2状态反馈和输出反馈状态反馈和输出反馈反馈信息的性质：

反馈信息的性质：

状态状态状态状态可完全地表征系统结构的信息，可完全地表征系统结构的信息，可完全地表征系统结构的信息，可完全地表征系统结构的信息，状态反馈是一种完全的系统信息反馈。

状态反馈是一种完全的系统信息反馈。

输出反馈是一种不完全的系统信息反馈。

为了使反馈系统获得良好的动态性能，必须采用完全信息为了使反馈系统获得良好的动态性能，必须采用完全信息为了使反馈系统获得良好的动态性能，必须采用完全信息为了使反馈系统获得良好的动态性能，必须采用完全信息uu状态反馈和输出反馈的比较状态反馈和输出反馈的比较状态反馈和输出反馈的比较状态反馈和输出反馈的比较反馈系统，即状态反馈。

反馈系统，即状态反馈。

66.2.2状态反馈和输出反馈状态反馈和输出反馈输出变量可直接测量，状态反馈的工程构成，是引入状态输出变量可直接测量，状态反馈的工程构成，是引入状态输出变量可直接测量，状态反馈的工程构成，是引入状态输出变量可直接测量，状态反馈的工程构成，是引入状态观测器，利用可量测变量观测器，利用可量测变量观测器，利用可量测变量观测器，利用可量测变量和和和和作为其输入，以获得作为其输入，以获得作为其输入，以获得作为其输入，以获得的重的重的重的重构量构量构量构量，来实现状态反馈。

，来实现状态反馈。

时，时，时，时，和和和和相等。

相等。

66.2.2状态反馈和输出反馈状态反馈和输出反馈66.3.3状态反馈极点配置状态反馈极点配置其中：

其中：

为为为为维状态向量，维状态向量，维状态向量，维状态向量，为为为为维控制向量，维控制向量，维控制向量，维控制向量，和和和和为为为为uu状态反馈的极点配置问题状态反馈的极点配置问题状态反馈的极点配置问题状态反馈的极点配置问题相应维数的已知常阵。

相应维数的已知常阵。

线性定常受控系统线性定常受控系统线性定常受控系统线性定常受控系统给定给定给定给定个所期望的闭环系统的极点：

个所期望的闭环系统的极点：

实数、或共轭复数。

希望闭环极点希望闭环极点希望闭环极点希望闭环极点=性能指标。

性能指标。

极点配置极点配置极点配置极点配置：

确定状态反馈控制确定状态反馈控制确定状态反馈控制确定状态反馈控制：

即确定一个即确定一个即确定一个即确定一个的状态反馈增益矩阵的状态反馈增益矩阵的状态反馈增益矩阵的状态反馈增益矩阵，使得状态，使得状态，使得状态，使得状态反馈闭环系统反馈闭环系统反馈闭环系统反馈闭环系统：

的极点为的极点为的极点为的极点为即成立即成立即成立即成立表示表示表示表示的特征值。

的特征值。

66.3.3状态反馈极点配置状态反馈极点配置解决两个问题解决两个问题解决两个问题解决两个问题条件条件条件条件：

利用状态反馈任意地配置其闭环极点的条件。

算法算法算法算法：

确定状态反馈增益矩阵：

确定状态反馈增益矩阵的算法。

的算法。

uu极点可配置条件极点可配置条件极点可配置条件极点可配置条件66.3.3状态反馈极点配置状态反馈极点配置线性定常系统可通过线性状态反馈任意地配置其全线性定常系统可通过线性状态反馈任意地配置其全线性定常系统可通过线性状态反馈任意地配置其全线性定常系统可通过线性状态反馈任意地配置其全部极点的充分必要条件，是此系统为完全能控。

部极点的充分必要条件，是此系统为完全能控。

uu单输入极点配置问题的算法单输入极点配置问题的算法单输入极点配置问题的算法单输入极点配置问题的算法uu单输入极点配置问题的算法单输入极点配置问题的算法单输入极点配置问题的算法单输入极点配置问题的算法算法算法算法算法：

给定能控性矩阵对：

给定能控性矩阵对和一组期望的闭环特征和一组期望的闭环特征和一组期望的闭环特征和一组期望的闭环特征使成立使成立使成立使成立值值值值，确定，确定，确定，确定的增益矩阵的增益矩阵的增益矩阵的增益矩阵，66.3.3状态反馈极点配置状态反馈极点配置第第第第11步步步步：

判能控性：

判能控性第第第第22步步步步：

计算：

计算的特征多项式，即的特征多项式，即的特征多项式，即的特征多项式，即第第第