现代控制理论教案5.ppt

现代控制理论基础讲稿 主要参考书： 1）《现代控制理论基础》 谢克明 北京工业大学出版社 2）《现代控制理论》于长宫 哈尔滨工业大学出版社 主讲：刘国才副教授、博士后 lgc630819@，8821066 内容提要 1、状态反馈控制理论 1）状态反馈闭环系统的描述 2）状态反馈闭环系统的能控、能观性 3）状态反馈闭环系统的极点配置问题、条件和方法 2、状态观测器理论 1）状态观测问题 2）观测器的结构设计 3）观测器存在的条件 4）观测器极点的配置方法 3、分离原理 ——带观测器的状态反馈控制系统设计方法 线性定常系统的状态反馈控制 1）状态反馈闭环系统的描述 状态反馈闭环系统的极点配置 3）状态反馈闭环系统的极点配置问题、条件和方法 极点配置问题 通过选择状态反馈矩阵K，将状态反馈闭环系统的极点配置到所期望的位置，以获得所期望的系统动态性能。 b) 极点配置定理 线性系统极点可任意配置的充要条件是其状态完全能控。 状态反馈闭环系统的极点配置 极点配置方法 线性定常系统的状态观测器理论 1）状态观测问题 尽管在系统状态完全能观测的情况下理论上可以由系统输入、输出测量值直接重构（计算）系统状态值，但由于测量误差导致该方法工程上不可行。 2）观测器的结构设计 a)由于初始状态存在差异，所以状态观测器不能简单的采用原系统的结构。 b)通过观测器输出误差反馈调节，可以构造合适的状态观测器 线性定常系统的状态观测器理论 3）观测器存在的条件 a)充分条件是线性定常系统状态完全能观测 b)必要条件是线性定常系统状态不能观测的部分是渐近稳定的，即其相应的特征值具有负的实部。 状态观测器的极点配置方法 带观测器的状态反馈控制系统 3、分离原理 a)在系统状态完全能控和能观的条件下，可以根据闭环系统和观测器极点的要求分别确定状态反馈增益矩阵和状态观测器输出误差反馈增益矩阵，到达相同的控制效果。 带观测器的状态反馈控制系统 3、分离原理 b)闭环系统极点：带观测器的状态反馈控制系统的极点由不带观测器的状态反馈控制系统的极点和观测器的极点两部分组成，且相互独立。 c)闭环系统传函：带观测器的状态反馈控制系统的传递函数阵和不带观测器的状态反馈控制系统的传递函数阵完全相同。 练习题 参1： P220 5-1; 5-3; 5-6; 5-7; 5-11 参2： P127 5.1; 5.2; 5.3; 5.4 电气与信息工程学院 自动化系 第五部分：状态反馈控制与状态观测器理论 2）状态反馈闭环系统的能控、能观性 状态反馈不改变系统状态的能控性，但可能改变其能观性 第五部分：状态反馈控制与状态观测器理论 第五部分：状态反馈控制与状态观测器理论 第五部分：状态反馈控制与状态观测器理论 第五部分：状态反馈控制与状态观测器理论 第五部分：状态反馈控制与状态观测器理论 第五部分：状态反馈控制与状态观测器理论 第五部分：状态反馈控制与状态观测器理论 第五部分：状态反馈控制与状态观测器理论 第五部分：状态反馈控制与状态观测器理论