现代操纵理论离散system.pptx

一 线性离散定常系统状态方程的建立 二 线性离散定常系统能控能观性;一 线性离散系统状态表达式的建立及方程;2 线性离散系统的动态方程可以利用系统的差分方程建立，也可以利用线性连续动态方程的离散化得到 （1）由差分方程建立动态方程 在经典控制理论中离散时间系统通常用差分方程或脉冲传递函数来描述。单输入—单输出线性定常差分方程的一般形式为 ; 考虑初始条件为零时的z变换关系有 对式两端取z变换加以整理，可得 ;在N(z)/D(z)的串联分解中引入中间变量Q(z) ;可以得到 设;则 利用z反变换关系 ; 动态方程为;向量—矩阵形式为 ;简记为 线性定常多输入—多输出离散系统的动态方程为;（2）定常连续动态方程的离散化 已知定常连续系统动态方程 在x(t0)及u(t)作用下的解为 令 ;则 在区间 内， 常数，于是其解化为 记;故离散化状态方程为 式中 与连续系统状态转移矩阵 的关系为 离散化系统的输出方程仍为 ;线性定常离散事件系统的可控性与可观性 1 线性定常离散系统的可控性 （1）定义：n阶线性定常离散系统 若存在控制序列 能将第 步的某个状态在第 步到达零状态，及x( )=0,其中 是大于 的有限数，那么就称此状态是能控的。若系统在第 步上的所有状态都是能控的，那么此系统是能控的，称为能控系统;（2）可控性判据 （2.1）设单输入线性定常系统的状态方程为 状态方程的解为 根据可控性定义，假定k=n时，x(n)=0,将式两端左乘G-n则有 ;记 ; 称S’1为n×n可控矩阵。由线性方程组解的存在性定理可知，当矩阵s’1的秩与增广矩阵[S’|x(0)]的秩相等时，方程组有唯一解，否则无解。在x(0)为任意的情况下，使方程组有解的充分必要条件是矩阵S’1满秩，即 rank S’1=n 或矩阵S’1的行列式不为零 detS’1≠0 或矩阵S’1是非奇异的; 由于满秩矩阵与另一满秩矩阵Gn相乘其秩不变?? 故 交换矩阵的列，且记为S1其秩也不变，故有 由于此式避免了矩阵求逆，在判断系统的可控性时比较方便 ;（2.2）对于多输入系统，设系统的状态方程为 可控性判据通常使用 ;2线性离散定常系统的可观性 （1）可观性定义 设离散系统为 若对初始时刻 的任一非零初始状态 都存在有限时刻 ,且可由 上的输出 唯一的确定X0,则称此系统在时刻 是完全可控的 ;（2）可控性判定 设线性定常离散系统的状态方程为 其解为 ;不失一般性，可将动态方程简化为 对应的解为 将y(k)写成展开式 ;其向量矩阵形式为 令 ; V1T称为线性定常系统的可观测性矩阵，为nq×n矩阵，式（1）中含有n个独立方程，便可确定唯一的一组x1(0),x2(0) …x3(0)。当独立方程个数大于n时，解会出现矛盾；当独立方程个数小于n时，便有无穷多解。故系统可观测性的充分必要条件为 由于rank V1T=rankV1,故线性定常离散系统的可观测性判据常表示为