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将(9-176)、(9-177)式的动态方程进行如下的坐标变换(9-178)所得到的动态方程为:(9-179)(9-180)第188页,共216页,星期六,2024年,5月闭环系统的传递函数可以通过(9-179)式、(9-180)式来计算。从(9-179)式可知,这时闭环系统矩阵的特征式可计算如下(9-181)第189页,共216页,星期六,2024年,5月上式表明,图9-19所示闭环系统的特征式等于矩阵A-bk与矩阵A-Hc的特征式的乘积,而A-bk是状态反馈系统的系统矩阵,A-Hc是观测器的系统矩阵,(9-181)式表明状态反馈系统的动态特性和观测器的动态特性是相互独立的。这个特点表明:若系统是可控、可观的,则可按闭环极点配置的需要选择反馈增益阵k,然后按观测器的动态要求选择H,H的选择并不影响已配置好的闭环传递函数的极点。因此系统的极点配置和观测器的设计可分开进行,这个原理通常称为分离定理。第190页,共216页,星期六,2024年,5月通常把反馈增益阵和观测器一起称为控制器图9-20控制器第191页,共216页,星期六,2024年,5月例9-25设系统传递函数为希望用状态反馈使闭环的极点为-4±6j,并求实现这个反馈的状态观测器,观测器的极点设置在-10,-10。第192页,共216页,星期六,2024年,5月解:由系统的传递函数可知,其二阶动态方程实现是可控且可观的。为了设计观测器方便,现取可观标准形实现,即根据题意要求闭环特征方程为第193页,共216页,星期六,2024年,5月令两个特征式对应的系数相等,可解出k1=2,k2=40。再求观测器,根据极点的要求,期望多项式为令,使求状态反馈k,令k=[k1k2]。求出状态反馈后闭环系统的特征多项式第194页,共216页,星期六,2024年,5月与期望多项式相比,得到h1=100,h2=14。由式可计算出观测器方程为由对象、状态反馈和观测器构成的整个闭环系统的方框图如图9-21所示。第195页,共216页,星期六,2024年,5月图9-21例9-25的反馈控制系统第196页,共216页,星期六,2024年,5月(9-183)它在零初始条件的输出§9-4有界输入、有界输出稳定性设系统的动态方程为(9-182)令(9-184)则有式中g(t)为脉冲响应函数。返回子目录第197页,共216页,星期六,2024年,5月传递函数与脉冲响应函数的关系为定义若对于成立,称h(t)有界。第198页,共216页,星期六,2024年,5月系统BIBO稳定的充分必要条件为K是一个实的正数。(9-187)若所有的有界输入引起的零状态响应的输出是有界的,则称系统为有界输入有界输出稳定,即BIBO稳定。第199页,共216页,星期六,2024年,5月证明:充分性设第200页,共216页,星期六,2024年,5月这时(9-158)式的状态反馈式可写为:考虑矩阵第156页,共216页,星期六,2024年,5月它的特征式为由于故的特征式即是的特征式,所以和有相同的特征值。第157页,共216页,星期六,2024年,5月设任意给定的闭环极点为,且(9-166)式中完全由所决定。比较(9-165a)式和(9-166)式可知,若要(9-166)的根为,需有(9-167)这说明任意给定闭环n个极点,均可通过(9-167)、(9-163)式确定,使A-bk具有给定的n个特征值,充分性证毕。第158页,共216页,星期六,2024年,5月必要性若系统(9-157)可任意配置闭环特征值,要证明系统(9-157)可控。用反证法,若系统(9-157)不可控,则存在一个可逆矩阵,通过等价变换后,可将(9-157)式转换为(9-104,105)的可控分解形式。考虑矩阵A4的特征值不受的影响,即A-bk中的一部分特征值不受k的影响,这与可任意配置A-bk的特征值相矛盾。矛盾表明系统(9-157)可控。第159页,共216页,星期六,2024年,5月以上定理的充分性
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