11课基于状态空间模型的控制系统设计.ppt

第十一章 基于状态空间模型的控制系统设计 主要内容 11.1 概述 11.1 概述 11.1 概述 11.2 极点配置 11.2 极点配置 11.2 极点配置 11.2 极点配置 11.2 极点配置 11.2 极点配置 11.2 极点配置 11.2 极点配置 11.2 极点配置 11.2 极点配置 11.2 极点配置 11.2 极点配置 11.2 极点配置 11.2 极点配置 11.2 极点配置 11.2 极点配置 11.3 线性二次型最优控制 11.3 线性二次型最优控制 11.3 线性二次型最优控制 11.3 线性二次型最优控制 11.3 线性二次型最优控制 11.3 线性二次型最优控制 11.3 线性二次型最优控制 11.3 线性二次型最优控制 11.3 线性二次型最优控制 11.3 线性二次型最优控制 11.4 解耦控制 11.4 解耦控制 11.4 解耦控制 11.4 解耦控制 11.5 状态观测器设计 11.5 状态观测器设计 11.5 状态观测器设计 11.5 状态观测器设计 11.5 状态观测器设计 11.5 状态观测器设计 11.6包含状态观测器的状态反馈控制系统 11.6包含状态观测器的状态反馈控制系统 11.6包含状态观测器的状态反馈控制系统 11.6包含状态观测器的状态反馈控制系统 11.6包含状态观测器的状态反馈控制系统 11.6包含状态观测器的状态反馈控制系统 习题 习题 习题 lqr_c( )函数用来实现上述解法。 【调用格式】 [P,g,K1,K2]=lqr_c(A,B,C,Q,R,yr) 【说明】 {A，B，C}为受控系统的状态空间描述，Q，R为加权阵，yr为参考输出向量 输入-输出动态解耦 decoupling( ) 函数实现动态解耦控制算法。 【调用格式】 [G,K,L]=decoupling(A,B,C), 【说明】 输入-输出静态解耦 decoupling_s ( )函数可实现静态解耦控制算法。 【调用格式】 [vv,K,L]= decoupling_s(A,B,C,p,dd) 【说明】 全维状态观测器设计 【调用格式】 [xh,x,t]=simobsv(A,B,C,L) 【说明】 降维状态观测器设计 jiaweiguanceqi( )函数实现上述降维状态观测器的设计。 【调用格式】 [L,Az,By,Bu,Cz,Dy]=jiangweiguanceqi(A,B,C,R,p) 【说明】 包含状态观测器的状态反馈控制系统的设计分两步走。 第一步：按照系统性能指标要求（如：极点配置、线性二次型最优控制、解耦控制等要求），有选择地采用前面几节所讨论的各种方法加以设计，从而满足其系统要求； 第二步：在不考虑第一步设计的存在的情况下，独立地设计状态观测器，使之满足其所期望的极点位置要求。 在第二步中，可以采用11.5节所介绍的方法加以设计与实现状态观测器。 基于全维状态观测器的控制器 基于全维状态观测器的调节器 控制系统工具箱中提供了一个函数reg( )，可以用来设计基于全维状态观测器的调节器 【调用格式】 Gc=reg(G,k,l) 【说明】G为受控系统的状态空间表示，k,l分别表示状态反馈的行向量k和全维状态观测器的列向量l。Gc为基于全维状态观测器的调节器的状态空间表示。 控制系统CAD与仿真 11.1 概述 11.2 极点配置 11.3 线性二次型最优控制 11.4 解耦控制 11.5 状态观测器设计 11.6 包含状态观测器的状态 反馈控制系统 考虑线性、定常、连续控制系统，其状态空间描述为： 系统设计问题就是寻找一个控制作用u(t)，使得在其作用下系统运动的行为满足预先所给出的期望性能指标。设计问题中的性能指标可分为非优化型性能指标和优化型性能指标两种类型。 以一组期望的闭环极点作为性能指标，相应的设计问题称为极点配置问题； 以使一个多输入—多输出系统实现“一个输入只控制一个输出”作为性能指标，相应的设计问题称为解耦控制问题； 以使系统的输出y(t)无静差地跟踪一个外部信号yr(t)作为性能指标，相应的设计问题称为跟踪（或伺服）问题； 以使系统的状态x(t)或输出y(t)）在外部扰动或其他因素影响下保持其设定值作为性能指标，相应的设计问题称为调节问题。 优化型指标则是一类极值型的指标，设计目标是要使性能指标在所有可能值中取得极小（或极大）值； 非优化型指标是一类不等式型的指标，即只要性能指标值达到或好于期望性能指标就算实现了设计目标。 性能指标常取为一个相对于状态x(t)和控制u(t)的二次型积分性能指标，其形式为： 设计的任务是确定一个控制u*(t) ，使得相应的性能指标J[u*(t