现代控制理论答案PPT课件

1、55 状态观测器主要知识点:1、状态观测器、全维观测器、降维观测器的基本概念;2、观测器存在的条件；3、全维观测器的设计。56 利用状态观测器实现状态反馈的系统 主要知识点:1、利用状态观测器实现状态反馈的系统结构；2、主要特点（极点分离特性、等价性）；3、利用状态观测器实现状态反馈的系统设计。（观测器反馈矩阵设计+状态反馈矩阵设计）第1页/共26页【习题52 】设系统状态方程为【解】第一步：判断能控性uxx10001010110010试设计一状态反馈阵将其极点配置为31,10j3)(9901001011010010002MRankbAAbbM满秩，状态反馈可实现极点的任意配置。第二步：化为能

2、控标准I型111123 AI11110210aaa第2页/共26页能控标准I型为：101000100001011111011100110100990010110001010100121221aaabAbbATc11001000111cT11110100010111ccATTA10011bTbc第三步：求出加入状态反馈矩阵后的闭环特征多项式321kkkK 第3页/共26页)11()11()(100010)()()(100010321322110111kkkkakakaATTKbAcc12233)11()11()(kkkf第四步：求出期望的闭环特征多项式402412)31)(31)(10()(23

3、*jjf第4页/共26页第四步：比较 和 求出反馈矩阵)(*f)(f12233)11()11()(kkkf402412)(23*f4024111211123kkk40131123kkk 11340K第五步：反变换到原状态变量下11240110010001 1134011cTKK第5页/共26页【习题53】有系统xyuxx01101012（1）画出模拟结构图；（2）若动态性能不满足要求，可否任意配置极点；（3）若指定极点为-3，-3，求状态反馈矩阵。【解】（1）系统模拟结构图如下12x2yx 1u第6页/共26页21kkK 2)(1110MRankAbbM满秩，状态反馈可实现极点的任意配置。设状

4、态反馈矩阵为2121112101012kkkkbkA212222)3()()(kkkbKAIf（2）判断状态反馈可否任意配置极点；（3）若指定极点为-3，-3，求状态反馈矩阵。加入状态反馈矩阵后的系统矩阵为闭环系统特征多项式：第7页/共26页比较 和 求出反馈矩阵)(*f)(f212222)3()(kkkf96)(2*f92263212kkk2312kk反馈矩阵为2321kkK期望的闭环特征多项式96)3)(3()(2*f第8页/共26页【习题54】有系统的传递函数为)3)(2)(1()2)(1(sssss试问可否利用状态反馈将其传递函数变为)3)(2() 1(sss若有可能，试求状态反馈矩阵

5、，并画出模拟结构图。【解】因为系统的传递函数不存在零极点对消的情况，系统能控且能观，状态反馈能实现极点的任意配置，可其传递函数变为：)3)(2() 1(sss且相当于闭环极点配置为：-2，-2，-3第9页/共26页系统的能控标准I型为：256100010A6522)3)(2)(1()2)(1()(232sssssssssssW01122563210210bbbbaaa100b112c加入状态反馈矩阵后的闭环特征多项式321kkkK )6()5()2()()()()(1223310212323kkkkakakaf第10页/共26页期望的闭环特征多项式12167)3()2()(232*f比较 和

6、求出反馈矩阵)(*f)(f12616572123kkk18215123kkk 52118321kkkK所求的状态反馈矩阵为闭环系统的模拟结构图如下：第11页/共26页反馈矩阵K输出矩阵C第12页/共26页【习题55】试判断下列系统通过状态反馈能否镇定102101110221) 1 (bA【解】系统通过状态反馈能否镇定的充要条件是：不能控子系统是渐近稳定的。3)(5110100422MRankbAAbbM系统是能控且能观的，所以系统通过状态反馈能镇定第13页/共26页070545000015000002000012000012)2(bA【解】系统通过状态反馈能否镇定的充要条件是：不能控子系统是渐

7、近稳定的。该状态空间表达式是约旦标准型，利用约旦标准型能控性判据可知下列状态是不能控的：332xx555xx因其特征值均为负值，所以是渐近稳定的。故系统通过状态反馈能否镇定第14页/共26页【习题57】设计一个前馈补偿器，使系统ssssssW1) 1(12111)(解耦，且解耦后系统的极点为 -1，-1，-2，-2【解】系统的传递函数阵是非奇异的，可以用前馈补偿器实现解耦，设解耦后系统的传递函数为)2)(1(100)2)(1(1)(sssssWjo第15页/共26页则补偿器的传递函数矩阵为：2211) 1() 1(1) 2)(1(11) 2)(1(100) 2)(1(11) 2(122) 2)

8、(1(100) 2)(1(11) 1(12111)()()(ssssssssssssssssssssssssssssWsWsWjod第16页/共26页【习题58】已知系统110001101001101320001yuxx （1）判别系统能否利用状态反馈实现解耦（2）设计状态反馈使系统解耦，且极点为-1，-2，-3。【解】（1）计算di0110100100101BAc01d0010100111002BAc第17页/共26页0110100110132000111012BAc12d计算几个矩阵221001212121AccAcAcDdd0101101001221001DBE1)(ERank不能用状态

9、反馈实现解耦（2）无法设计状态反馈使系统解耦，并使极点为-1，-2，-3。第18页/共26页【习题510】已知受控系统状态空间表达式为 试设计观测器，使观测器的极点为 xyuxx01100010)0(2,rrr【解】观测器期望的特征多项式 22*23)2)()(rrrrf观测器的特征多项式：2122101001000()(ggggGcAIf比较 和 求出反馈矩阵)(*f)(fTrrG232第19页/共26页观测器方程为：uyrrxrrbuGyxGCAx10230213)(22第20页/共26页【习题511】已知系统状态空间表达式为 xyuxx01101012设状态变量 不能测取，设计全维和降维

10、观测器，使观测器的极点为-3，-3。2x【解】观测器期望的特征多项式 211221212)3(11201101200()(gggggggGcAIf96)3)(3()(2*f观测器的特征多项式：第21页/共26页比较 和 求出反馈矩阵)(*f)(fTG43全维观测器方程为：uyxbuGyxGCAx10431415)(求降维观测器：令1221xxxx则状态空间表达式变换为xyuxx10011210121022211211AAAA第22页/共26页10012121CCBBgG 降维观测器方程为uygxguBGByAGAxAGAw)1 (2)()()(121221212111ygwx1即有：uygygwgw)1 ()(2特征多项式为gf2)(期望特征多项式为3)(f所以：5 . 1g第23页/共26页故降维观测器方程为uywuygygwgw23)1 ()(2ywx311221xxxx第24页/共26页【习题513】设受控对象的传递函数为31s