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;设受控系统的状态空间表达式为
〔1〕
式中,x为n维状态向量;u为r维输入向量;
y为m维输出向量;
A为n×n维系统矩阵;
B为n×r维输入矩阵;
C为m×n维输出矩阵。
通常简记式〔1〕为∑(A,B,C)。;6.2.1状态反响;设状态反响控制律为
式中,v为r维参考输入向量;
K为r×n维状态反响阵。
对于单输入系统,K为n维行向量。
所得到的状态反响闭环系统〔或称状态反响系统〕的状
态空间表达式为:;说明:
状态反响系统∑(A-BK,B,C)的维数与受控系统∑(A,B,C)
的维数相同,即采用状态反响不增加状态变量的个数。
2.状态反响系统∑(A-BK,B,C)的系统矩阵为A-BK,通过选择状态反响阵K可以改变闭环系统的特征值〔极点〕。;6.2.2输出反响;设输出反响控制律为
式中,v为r维参考输入向量;
H为r×m维输出反响阵。
对于单输出系统,H为r维列向量。
所得到的输出反响闭环系统〔或称输出反响系
统〕的状态空间表达式为:;
简记为∑(A-BHC,B,C)。;说明:
1.输出反响系统∑(A-BHC,B,C)的维数与受控系统∑(A,B,C)的维数相同,即采用输出反响不增加状态变量的个数。
2.输出反响系统∑(A-BHC,B,C)的系统矩阵为A-BHC,通过选择输出反响阵H可以改变闭环系统的特征值〔极点〕。;受控系统∑(A,B,C)的传递函数阵为
输出反响系统∑(A-BHC,B,C)的传递函数阵为
二者之间有如下关系
或
对于单输入单输出系统,都是标量,有;6.2.3状态反响与输出反响比较;3.实际中,反响系统的直接反响变量必须是能够有效测量的。状态变量选择的多样性和复杂性,可能使系统的有些状态变量不能够有效测量。在这种情况下,如果采用状态反响,就需要引入状态观测器来对真实状态进行估计或重构,状态观测器的引入会增大闭环系统的维数。而系统的输???通常都是可以测量的,可以直接反响。
可见,输出反响在技术实现上比状态反响更方便。;6.3极点配置;6.3.1状态反响极点配置;说明:
状态反响只能改变系统的极点,对系统的零点没有影响。
但在状态反响系统∑(A-BK,B,C)的传递函数阵GK(s)中有
可能出现新的极点与原有零点相消。;单输入系统直接代入法确定K
〔1〕设受控系统∑(A,B,C)的状态反响阵K为
代入求出状态反响系统∑(A-BK,B,C)的特征多项式
〔2〕由期望极点,求出状态反响系统
∑(A-BK,B,C)的期望特征多项式:
〔3〕令,根据等式两端同次幂的系数相
等,确定状态反响阵K。;例6-1受控系统的状态空间表达式为
试设计状态反响阵K,使闭环系统的极点为-1,-2。;解:〔1〕判断受控系统∑(A,B,C)的能控性。
能控性矩阵为
由于rankU=2,所以受控系统完全能控,可采用状
态反响任意配置闭环系统的极点。
〔2〕设状态反响阵为
代入状态反响系统的特征多项式,可得;〔3〕由期望极点-1,-2,得状态反响系统的期望特征多项
式为
令,比较等式两端同次幂的系数,可得
状态反响阵为:;例6-2受控系统的状态方程为
试分析能否采用状态反响将闭环极点配置为以下
两组极点:
〔1〕{-1,-2,-2};
〔2〕{-2,-2,-3}。;解:〔1
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