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文档简介

第四章 线性系统的能控性与能观性 4.8 能控标准形和能观标准形 4.8.1 系统的能控标准形 第四章 线性系统的能控性与能观性 式(4.8.2)中,系统矩阵和输入矩阵对(A , B)具有标准 结构(列向量B中最后一个元素为1,而其余元素为零; A为 友矩阵。),易证与其对应的能控性判别矩阵Uc是一个主 对角元素均为1的右下三角阵,故det(Uc)0,rank(Uc)=n,即 系统一定能控。因此,若单输入系统状态空间表达式中的 系统矩阵和输入矩阵对(A , B)具有形如式(4.8.2)中的标准 形式,则称其为能控标准型,且该系统一定是状态完全能控 的。 一个能控系统,当其系统矩阵和输入矩阵对(A , B) 不具有能控标准型时,一定可以通过适当的线性非奇异变 换化为能控标准型。 第四章 线性系统的能控性与能观性 定理4.8.1 如果系统 是能控的,那么 必存在一非奇异变换 使其变换成能控标准 形 线性变换矩阵 第四章 线性系统的能控性与能观性 例4.8.1 线性定常系统 能控性矩阵 逆矩阵 第四章 线性系统的能控性与能观性 第四章 线性系统的能控性与能观性 推论1:设单输入线性定常系统 (4.8.1) 能控,式中A,b分别为 矩阵,且系统的特征多 项式为 则可通过非奇异线性变换 第四章 线性系统的能控性与能观性 将式(4.8.1)变换为能控标准型 式中 第四章 线性系统的能控性与能观性 , 第四章 线性系统的能控性与能观性 实现能控标准型变换的核心在于构造非奇异变 换阵。可以证明,引入非奇异变换 ,将状态完 全能控的单输入系统式(4.8.1)变换为能控标准型式 (4.8.2)的变换矩阵 的逆矩阵可表达为 第四章 线性系统的能控性与能观性 【例】试将下列状态空间表达式变换成能控标准型, 并求系统的传递函数 解 :变换前系统能控判别矩阵 因为 ,故系统是能控的,可化为能控标 准型。 第四章 线性系统的能控性与能观性 又因为系统的特征多项式为 故 , , 引入 , 其中非奇异变换阵 由推论中得 第四章 线性系统的能控性与能观性 也可根据定理8.1先求变换阵 的逆矩阵 第四章 线性系统的能控性与能观性 则 变换后所得能控标准型为 其中 , 第四章 线性系统的能控性与能观性 4.8.2 系统的能观标准形 , 第四章 线性系统的能控性与能观性 式(4.8.19)中,系统矩阵和输出矩阵对(A , C)具有标准 结构(行向量C中最后一个元素为1,而其余元素为零; A为友矩阵的转置), 易证与其对应的能观测性判别矩 阵UO的行列式 ,故 ,即系统一定 能观测。若单输出系统状态空间表达式中的系统矩 阵和输出矩阵对(A ,C) 具有形如式(4.8.19)中的标准 形式,则称其为能观测标准型,且该系统一定是状态完 全能观测的。 一个能观测系统,当其系统矩阵和输出矩阵对 (A , C) 不具有能观测标准型时,一定可以通过适当的 非奇异变换化为能观测标准型。 第四章 线性系统的能控性与能观性 定理 4.8.2 如果系统是能观测的,那么必存在 一非奇异变换 将系统变换为能观标准形 第四章 线性系统的能控性与能观性 例4.8.2 能观性矩阵 第四章 线性系统的能控性与能观性 第四章 线性系统的能控性与能观性 推论2:设单输出线性定常系统 (4.8.15) 能观测,式中A,C分别为 矩阵,且系统的特征 多项式为 则存在线性非奇异变换 第四章 线性系统的能控性与能观性 变换矩阵 的逆矩阵 将式(4.8.15)变换为能观测标准型(4.8.19)。 第四章 线性系统的能控性与能观性 其中 第四章 线性系统的能控性与能观性 与能控的单输入系统能控标准型变换对应, 可以证明,引入非奇异变换 ,将状态完 全能观测的单输出系统(4.8.15)变换为能观测标准 型式(4.8.193)的变换矩阵 ,由定理8.2中的构 造方法与推论2中的构造方法是等效的。即 第四章 线性系统的能控性与能观性 【例】试将状态空间表达式变换为能观测标准型 解 因为 ,故系统是能观测的,可化为能 观测标准型。 第四章 线性系统的能控性与能观性 则 也可根据定理8.

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