状态与状态空间模型课件

状态与状态空间模型状态与状态空间模型状态与状态空间模型状态和状态空间模型状态和状态空间模型系统的状态空间模型是建立在状态和状态空间概念的基础上的,因此,对这些基本概念进行严格的定义和相应的讨论,必须准确掌握和深入理解。状态状态变量状态空间状态空间模型现在电工电子技术在现代工业、宇宙航行、人们的日常生活等许多领域中，正起着越来越重要的作用。例如数控机床按照预定程序自动切削工件，人造卫星准确进入预定轨道运行，个人无线寻呼通信等等，这一切都有电子技术的高水平应用。随着中职教学改革的不断深化，电工电子技术课程原有的教学要求越来越跟不上时代的步伐，主要的问题在于：教学目标不符合中职教育的人才培养要求；教学内容仍然是高职、本科高等教育的压缩型；“黑板+粉笔+实验”的教学方式不利于激发学生的学习热情；以期末理论考试为主的考核方法和只在课内时间完成实验任务的实验形式不利于操作技能的培养。1理论教学方面1.1先进的教学手段运用多媒体等现代教学手段与传统教学相结合，提高教学的效率和效果。把基本内容做成多媒体课件，节省大量教学中板书的时间，典型电路通过仿真结果演示，加快学生对问题的理解，并激发学生的学习兴趣。另外，还可以用EDA软件进行课堂演示教学，直观地反映一些动态过程、反映电路工作原理的波形变化，如课程中PN结，晶体管的放大等。先进的教学手电与传统教学手段相结合，对重点及难点内容进行透彻清楚的讲解，加深学生对该问题的理解。1.2实物实验演示理论教学中常常涉及很多实物和实验，演示实物和实验能清晰地反映教学内容，也有助于提高学生的学习积极性，提高学生的动手能力。例如，在学习二极管三极管时，可多带一些不同类形、不同型号的器件，直观地展示给学生看，便于学生熟悉；又如在学习电容滤波电路时，桥式整流滤波与半波整流滤波效果对比，通过实验中的示波器输出波形可很清楚地观察出它们的区别。1.3教与学实现一体化“教、学、做”一体化的教学模式是基于项目的。我们在某些教学内容的教学活动中进行了以能力培养为核心的“教、学、做”一体化的教学模式的探索，以某电子产品的制作为工作任务，比如要求学生设计并制作数字钟电路，这个项目中整合了门电路、计数、显示与驱动、振荡器等知识点。学生在清楚工作任务的同时，要设计出布局合理的电路，在正确安装电路后，能检测并能排除电路故障，使电路正常工作。在整个教学过程中，“教、学、做”一体化的教学模式强调教学目标的统一，教师与学生主体地位的转换，教师的示范性和学生动手体验相结合，促进了学生综合能力的提高。2实践教学方面2.1趣味性原则美国心理学家布鲁纳曾说：“兴趣是认识事物和探求知识的心理倾向，是求知的先导。”实际生活，生产实践及现代高科技中一些有趣的电工电子技术现象会吸引学生的注意力，激发学生的学习兴趣，活跃学生的思维，提高学生的理解能力。例如，在讲授磁场对通电导体作用时，这是每位学生必须掌握的最基本的知识。讲解这部分教学内容前，教师可事先准备一些实验实训设备（直流电动机）向全班学生演示，引起他们的兴趣，并适时提出任务：如何使电动机转动，然后问学生想不想亲手体验一下这样学生对这节课的内容产生了极大兴趣，并积极地随着老师的讲解进入学习情境，这节课的效果可想而知。2.2直观性原则由于中职学生年龄特点，他们形象思维的能力强于逻辑思维能力，实验过程、结果的直观性可以帮助学生对电路原理的理解，加深印象。实验内容设计必须考虑到实验现象的直观性，即实验过程和结果尽可能通过声、光、电等体现，让学生通过直接而简单的操作就可以观察实验结果。例如在集成运放电路应用教学中，利用LM324运放块中的两个运放，组成两路灯光模拟控制电器，输入端分别用电阻和光敏电阻分压比较，输出端用红、绿发光二极管作灯光显示。学生可以直接通过对光线强、弱、暗的控制，观察两路灯的点亮和熄灭情况，经过对三种情况下两个运放输入端电压测量和对比，学生对运放用作电压比较器工作过程有了切身体会，很容易分析出电路工作原理。2.3循序渐进原则循序渐进，通过复习旧知识引入新知识，是实际教学中常用的一种教学方法。通过复习已掌握的电子技术概念，并对此概念加以扩展、延伸，或使其内涵、外延发生变化从而得到新的概念。如：二极管的“单向导电”和二极管“整流”。二极管具有单向导电性，利用其特性组成相应的整流电路，接在交流电路中就可实现“整流”。利用三极管的放大作用，给三极管加上合适的偏置，搭接相应的电路就可实现“放大”。2.4实用性原则由于中职学校毕业生的就业岗位主要是一线工人，所以实用性显得尤为重要。教师在授课时要考虑到学生将来的工作需要，有侧重地讲解课本内容。例如万用表的使用，日光灯的工作原理，电机的控制等都需要重点讲解。总之，模式只是一种形式，一种构思，一种框架，更重要的还需要教师在教学中不断的探索实践，去不断的充实润色，灵活应用。不能生搬硬套模式，要能在实际教学中灵活运用，而且每个教师都有自己的特点和长处，随着探索的不断深入，创新出更好的模式，以便更好地为教育教学服务。我是一名基层政协委员，近来下乡发现，农村教学点日益严重的“空巢”现象令人忧思。校舍简陋，“人走校空”我所任教的宝丰镇，是竹山县的教育大镇，全镇有11个教学点。其中，深沟教学点目前仅有2个教学班，在校学生21人，2名教师。原来只有几间年久失修的平房，每到雨季，“外面下大雨、里面下小雨”。老师下班的时候，一定要把粉笔盒放在一个雨淋不到的地方，生怕粉笔被雨淋湿。操场则是刮风天像沙尘暴，下雨天满是泥泞。2013年，在郧阳师专的援建帮扶下，该教学点建好两间新教室，但仍只是杯水车薪。和深沟教学点一样，很多教学点办学条件差，导致生源流失。很多农村教学点都是“裸教学楼”，没有围墙、操场、宿舍等，除了教学楼和简易厕所外，再无其他配套设施。教学设备上，除了陈旧的黑板和缺角少腿的桌凳外便再别无他物。教师上课“一根粉笔打天下”，与城镇小学的差距越拉越大。农村教学点除了校舍简陋，布局也很不合理。有的离中心完全小学或村小较近，该拆而没有拆;而有的地方有生源却缺乏教学设施，孩子们往往要跋山涉水十多里去上学。学生数逐年减少，是乡村教师最为忧虑的事情。随着城乡一体化的统筹推进和劳务经济的快速发展，农村学校生源流失严重，许多校舍即将成为“空房”。3个年级一个家，一个教师12个娃在马场教学点，有学前班、一、二年级共12名学生，其中有9名留守儿童，3个年级组成一个“家”。吴华忠是这所学校唯一的教师，在这里一呆就是38年。去年8月中旬，吴华忠向教育主管部门递交了申请书，申请退休后继续留校任教，申请得到批准后，吴华忠心里才踏实下来。他坚守着心中的梦想，也守望着深山的希望。虽然只有12名学生，但教学任务极为繁重。吴华忠每学期要写十多门课的教案。上完一年级的课，接着上二年级的课;讲完语文，又讲数学;忙家访，写家访日记……样样都不能马虎。因为3个年级12个学生同时上课，他就把黑板分成了三部分：左边写一年级的生字，中间写二年级的生词，右边区域空着给不同年级上课进行板书，一个备用的小黑板上还画着拼音格子。上课时，吴华忠布置学前班的孩子做认识拼音游戏，一年级的孩子复习学过的生字组词，二年级的孩子读书，找出相关词语。二年级学生的朗读一结束，一年级学生也在黑板上组好词回到了座位……在艰苦的条件下，吴华忠总结了一套“多级合作，以高导低”的复式教学方法。学校没有体育设施，为了让孩子们锻炼身体，吴华忠就组织孩子们进行拔河、踢毽子、打陀螺、滚铁环、掰手腕、老鹰捉小鸡、猫捉老鼠等传统游戏。为了保证孩子们能够安全回家，每逢雨天，吴华忠就护送孩子们一个个过河。河水涨了，他就将他们一个个背过河。“年轻教师都不愿意来这里教书，我不晓得自己还能撑多久……”看到孩子们一个个的转走，年轻教师又不想来农村教学点任教，吴华忠表现得忧心忡忡。师资力量薄弱是农村教学点面临的现实问题。很多农村教学点长期由本乡、本村的“民转公”老同志支撑着，他们大多没有接受过系统的师范教育，基础较差，且一个教师同时兼任几个年级的课。与中心学校相比，在学历、年龄以及能力水平等方面都存在很大的差距，教学水平大大低于中心小学。这些问题导致的农村教学点“空巢”现象着实令人担忧。状态与状态空间模型状态与状态空间模型状态与状态空间模型状态和1状态和状态空间模型状态和状态2状态和状态空间模型系统的状态空间模型是建立在状态和状态空间概念的基础上的,因此,对这些基本概念进行严格的定义和相应的讨论,必须准确掌握和深入理解。状态状态变量状态空间状态空间模型状态和状态空间模型3状态空间的基本概念·下面将给出动态系统的状态和状态空间的概念,主要讲授内容为:系统的状态和状态变量系统的状态空间状态空间的基本概念41.系统的状态和状态变量动态(亦称动力学)系统的“状态”这个词的字面意思就是指系统过去、现在将来的运动状况。正确理解“状态”的定义与涵义,对掌握状态空间分析方法十分重要。“状态”的定义如下定义2-1动态系统的状态,是指能够完全描述系统时间域动态行为的一个最小变量组。该变量组的每个变量称为状态变量该最小变量组中状态变量个数称为系统的阶数。1.系统的状态和状态变量5·“状态”定义的三要素完全描述。即给定描述状态的变量组在初始时刻(t=t)的值和初始时刻后(tt)的输入,则系统在任何瞬时(tt)的行为即系统的状左全且唯一的确定。动态时域行为。最小变量组。即描述系统状态的变量组的各分量是相互独立的。减少变量描述不全。增加则一定存在线性相关的变量,冗余的变量,毫无必要·“状态”定义的三要素6若要完全描述n阶系统,则其最小变量组必须由n个变量(即状态变量)所组成,一般记这n个状态变量为x1(1),x2(1),,X(若以这n个状态变量为分量,构成一个n维变量向量,则称这个向量为状态变量向量,简称为状态闸量,并可表示如下l2系统内部状态一→y2x1,2,…,xn图2-1多输入多输出系统示意图若要完全描述n阶系统,则其最小变量组必须7状态变量是描述系统内部动态特性行为的变量它可以是能直接测量或观测的量,也可以是不能直接测量或观测的量可以是物理的,甚至可以是非物理的没有实际物理量与之直接相对应的抽象的数学变量。状态变量是描述系统内部动态特性行为的8·状态变量与输出变量的关系状态变量是能够完全描述系统内部动态特性行为的变量而输出变量是仅仅描述在系统分析和综合(滤波优化与控制等)时所关心的系统外在表现的动态特性,并非系统的全部动态特性。因此,状态变量比输出变量更能全面反映系统的内在变化规律·可以说输出变量仅仅是状态变量的外部表现,是状态变量的输出空间的投影,一个子集状态空间空间·状态变量与输出变量的关系9状态与状态空间模型课件10系统的状态空间模型·状态空间模型是应用状态空间分析法对动态系统所建立的一种数学模型,它是应用现代控制理论对系统进行分析和综合的基础。状态空间模型由描述系统的动态特性行为的状态方程和描述系统输出变量与状态变量间的变换关系的输出方程所组成。下面以一个由电容、电感等储能元件组成的二阶RLC电网络系统为例,说明状态空间模型的建立和形式,然后再进行一般的讨论系统的状态空间模型11状态与状态空间模型课件12状态与状态空间模型课件13状态与状态空间模型课件14状态与状态空间模型课件15状态与状态空间模型课件16状态与状态空间模型课件17状态与状态空间模型课件18状态与状态空间模型课件19状态与状态空间模型课件20状态与状态空间模型课件21状态与状态空间模型课件22状态与状态空间模型课件23状态与状态空间模型课件24状态与状态空间模型课件25状态与状态空间模型课件26状态与状态空间模型课件27状态与状态空间模型课件28状态与状态空间模型课件29状态与状态空间模型课件30状态与状态空间模型课件31状态与状态空间模型课件32状态与状态空间模型课件33状态与状态空间模型课件34状态与状态空间模型课件35状态与状态空间模型课件36状态与状态空间模型课件37状态与状态空间模型课件38状态与状态空间模型课件39状态与状态空间模型课件40状态与状态空间模型课件41状态与状态空间模型课件42状态与状态空间模型课件43状态与状态空间模型课件44状态与状态空间模型课件45状态与状态空间模型课件46状态与状态空间模型课件4766、节制使快乐增加并使享受加强。——德谟克利特

67、今天应做的事没有做，明天再早也是耽误了。——裴斯泰洛齐

68、决定一个人的一生，以及整个命运的，只是一瞬之间。——歌德

69、懒人无法享受休息之乐。——拉布克

70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭66、节制使快乐增加并使享受加强。——德谟克利特48状态与状态空间模型状态与状态空间模型状态与状态空间模型状态和状态空间模型状态和状态空间模型系统的状态空间模型是建立在状态和状态空间概念的基础上的,因此,对这些基本概念进行严格的定义和相应的讨论,必须准确掌握和深入理解。状态状态变量状态空间状态空间模型现在电工电子技术在现代工业、宇宙航行、人们的日常生活等许多领域中，正起着越来越重要的作用。例如数控机床按照预定程序自动切削工件，人造卫星准确进入预定轨道运行，个人无线寻呼通信等等，这一切都有电子技术的高水平应用。随着中职教学改革的不断深化，电工电子技术课程原有的教学要求越来越跟不上时代的步伐，主要的问题在于：教学目标不符合中职教育的人才培养要求；教学内容仍然是高职、本科高等教育的压缩型；“黑板+粉笔+实验”的教学方式不利于激发学生的学习热情；以期末理论考试为主的考核方法和只在课内时间完成实验任务的实验形式不利于操作技能的培养。1理论教学方面1.1先进的教学手段运用多媒体等现代教学手段与传统教学相结合，提高教学的效率和效果。把基本内容做成多媒体课件，节省大量教学中板书的时间，典型电路通过仿真结果演示，加快学生对问题的理解，并激发学生的学习兴趣。另外，还可以用EDA软件进行课堂演示教学，直观地反映一些动态过程、反映电路工作原理的波形变化，如课程中PN结，晶体管的放大等。先进的教学手电与传统教学手段相结合，对重点及难点内容进行透彻清楚的讲解，加深学生对该问题的理解。1.2实物实验演示理论教学中常常涉及很多实物和实验，演示实物和实验能清晰地反映教学内容，也有助于提高学生的学习积极性，提高学生的动手能力。例如，在学习二极管三极管时，可多带一些不同类形、不同型号的器件，直观地展示给学生看，便于学生熟悉；又如在学习电容滤波电路时，桥式整流滤波与半波整流滤波效果对比，通过实验中的示波器输出波形可很清楚地观察出它们的区别。1.3教与学实现一体化“教、学、做”一体化的教学模式是基于项目的。我们在某些教学内容的教学活动中进行了以能力培养为核心的“教、学、做”一体化的教学模式的探索，以某电子产品的制作为工作任务，比如要求学生设计并制作数字钟电路，这个项目中整合了门电路、计数、显示与驱动、振荡器等知识点。学生在清楚工作任务的同时，要设计出布局合理的电路，在正确安装电路后，能检测并能排除电路故障，使电路正常工作。在整个教学过程中，“教、学、做”一体化的教学模式强调教学目标的统一，教师与学生主体地位的转换，教师的示范性和学生动手体验相结合，促进了学生综合能力的提高。2实践教学方面2.1趣味性原则美国心理学家布鲁纳曾说：“兴趣是认识事物和探求知识的心理倾向，是求知的先导。”实际生活，生产实践及现代高科技中一些有趣的电工电子技术现象会吸引学生的注意力，激发学生的学习兴趣，活跃学生的思维，提高学生的理解能力。例如，在讲授磁场对通电导体作用时，这是每位学生必须掌握的最基本的知识。讲解这部分教学内容前，教师可事先准备一些实验实训设备（直流电动机）向全班学生演示，引起他们的兴趣，并适时提出任务：如何使电动机转动，然后问学生想不想亲手体验一下这样学生对这节课的内容产生了极大兴趣，并积极地随着老师的讲解进入学习情境，这节课的效果可想而知。2.2直观性原则由于中职学生年龄特点，他们形象思维的能力强于逻辑思维能力，实验过程、结果的直观性可以帮助学生对电路原理的理解，加深印象。实验内容设计必须考虑到实验现象的直观性，即实验过程和结果尽可能通过声、光、电等体现，让学生通过直接而简单的操作就可以观察实验结果。例如在集成运放电路应用教学中，利用LM324运放块中的两个运放，组成两路灯光模拟控制电器，输入端分别用电阻和光敏电阻分压比较，输出端用红、绿发光二极管作灯光显示。学生可以直接通过对光线强、弱、暗的控制，观察两路灯的点亮和熄灭情况，经过对三种情况下两个运放输入端电压测量和对比，学生对运放用作电压比较器工作过程有了切身体会，很容易分析出电路工作原理。2.3循序渐进原则循序渐进，通过复习旧知识引入新知识，是实际教学中常用的一种教学方法。通过复习已掌握的电子技术概念，并对此概念加以扩展、延伸，或使其内涵、外延发生变化从而得到新的概念。如：二极管的“单向导电”和二极管“整流”。二极管具有单向导电性，利用其特性组成相应的整流电路，接在交流电路中就可实现“整流”。利用三极管的放大作用，给三极管加上合适的偏置，搭接相应的电路就可实现“放大”。2.4实用性原则由于中职学校毕业生的就业岗位主要是一线工人，所以实用性显得尤为重要。教师在授课时要考虑到学生将来的工作需要，有侧重地讲解课本内容。例如万用表的使用，日光灯的工作原理，电机的控制等都需要重点讲解。总之，模式只是一种形式，一种构思，一种框架，更重要的还需要教师在教学中不断的探索实践，去不断的充实润色，灵活应用。不能生搬硬套模式，要能在实际教学中灵活运用，而且每个教师都有自己的特点和长处，随着探索的不断深入，创新出更好的模式，以便更好地为教育教学服务。我是一名基层政协委员，近来下乡发现，农村教学点日益严重的“空巢”现象令人忧思。校舍简陋，“人走校空”我所任教的宝丰镇，是竹山县的教育大镇，全镇有11个教学点。其中，深沟教学点目前仅有2个教学班，在校学生21人，2名教师。原来只有几间年久失修的平房，每到雨季，“外面下大雨、里面下小雨”。老师下班的时候，一定要把粉笔盒放在一个雨淋不到的地方，生怕粉笔被雨淋湿。操场则是刮风天像沙尘暴，下雨天满是泥泞。2013年，在郧阳师专的援建帮扶下，该教学点建好两间新教室，但仍只是杯水车薪。和深沟教学点一样，很多教学点办学条件差，导致生源流失。很多农村教学点都是“裸教学楼”，没有围墙、操场、宿舍等，除了教学楼和简易厕所外，再无其他配套设施。教学设备上，除了陈旧的黑板和缺角少腿的桌凳外便再别无他物。教师上课“一根粉笔打天下”，与城镇小学的差距越拉越大。农村教学点除了校舍简陋，布局也很不合理。有的离中心完全小学或村小较近，该拆而没有拆;而有的地方有生源却缺乏教学设施，孩子们往往要跋山涉水十多里去上学。学生数逐年减少，是乡村教师最为忧虑的事情。随着城乡一体化的统筹推进和劳务经济的快速发展，农村学校生源流失严重，许多校舍即将成为“空房”。3个年级一个家，一个教师12个娃在马场教学点，有学前班、一、二年级共12名学生，其中有9名留守儿童，3个年级组成一个“家”。吴华忠是这所学校唯一的教师，在这里一呆就是38年。去年8月中旬，吴华忠向教育主管部门递交了申请书，申请退休后继续留校任教，申请得到批准后，吴华忠心里才踏实下来。他坚守着心中的梦想，也守望着深山的希望。虽然只有12名学生，但教学任务极为繁重。吴华忠每学期要写十多门课的教案。上完一年级的课，接着上二年级的课;讲完语文，又讲数学;忙家访，写家访日记……样样都不能马虎。因为3个年级12个学生同时上课，他就把黑板分成了三部分：左边写一年级的生字，中间写二年级的生词，右边区域空着给不同年级上课进行板书，一个备用的小黑板上还画着拼音格子。上课时，吴华忠布置学前班的孩子做认识拼音游戏，一年级的孩子复习学过的生字组词，二年级的孩子读书，找出相关词语。二年级学生的朗读一结束，一年级学生也在黑板上组好词回到了座位……在艰苦的条件下，吴华忠总结了一套“多级合作，以高导低”的复式教学方法。学校没有体育设施，为了让孩子们锻炼身体，吴华忠就组织孩子们进行拔河、踢毽子、打陀螺、滚铁环、掰手腕、老鹰捉小鸡、猫捉老鼠等传统游戏。为了保证孩子们能够安全回家，每逢雨天，吴华忠就护送孩子们一个个过河。河水涨了，他就将他们一个个背过河。“年轻教师都不愿意来这里教书，我不晓得自己还能撑多久……”看到孩子们一个个的转走，年轻教师又不想来农村教学点任教，吴华忠表现得忧心忡忡。师资力量薄弱是农村教学点面临的现实问题。很多农村教学点长期由本乡、本村的“民转公”老同志支撑着，他们大多没有接受过系统的师范教育，基础较差，且一个教师同时兼任几个年级的课。与中心学校相比，在学历、年龄以及能力水平等方面都存在很大的差距，教学水平大大低于中心小学。这些问题导致的农村教学点“空巢”现象着实令人担忧。状态与状态空间模型状态与状态空间模型状态与状态空间模型状态和49状态和状态空间模型状态和状态50状态和状态空间模型系统的状态空间模型是建立在状态和状态空间概念的基础上的,因此,对这些基本概念进行严格的定义和相应的讨论,必须准确掌握和深入理解。状态状态变量状态空间状态空间模型状态和状态空间模型51状态空间的基本概念·下面将给出动态系统的状态和状态空间的概念,主要讲授内容为:系统的状态和状态变量系统的状态空间状态空间的基本概念521.系统的状态和状态变量动态(亦称动力学)系统的“状态”这个词的字面意思就是指系统过去、现在将来的运动状况。正确理解“状态”的定义与涵义,对掌握状态空间分析方法十分重要。“状态”的定义如下定义2-1动态系统的状态,是指能够完全描述系统时间域动态行为的一个最小变量组。该变量组的每个变量称为状态变量该最小变量组中状态变量个数称为系统的阶数。1.系统的状态和状态变量53·“状态”定义的三要素完全描述。即给定描述状态的变量组在初始时刻(t=t)的值和初始时刻后(tt)的输入,则系统在任何瞬时(tt)的行为即系统的状左全且唯一的确定。动态时域行为。最小变量组。即描述系统状态的变量组的各分量是相互独立的。减少变量描述不全。增加则一定存在线性相关的变量,冗余的变量,毫无必要·“状态”定义的三要素54若要完全描述n阶系统,则其最小变量组必须由n个变量(即状态变量)所组成,一般记这n个状态变量为x1(1),x2(1),,X(若以这n个状态变量为分量,构成一个n维变量向量,则称这个向量为状态变量向量,简称为状态闸量,并可表示如下l2系统内部状态一→y2x1,2,…,xn图2-1多输入多输出系统示意图若要完全描述n阶系统,则其最小变量组必须55状态变量是描述系统内部动态特性行为的变量它可以是能直接测量或观测的量,也可以是不能直接测量或观测的量可以是物理的,甚至可以是非物理的没有实际物理量与之直接相对应的抽象的数学变量。状态变量是描述系统内部动态特性行为的56·状态变量与输出变量的关系状态变