文档介绍：1 1第五章现代控制技术 电影网整理发布 2 2 在经典控制理论中,用传递函数模型来设计和分析单输入单输出系统,但传递函数模型只能反映初系统的输出变量和输入变量之间的关系,而不能了解到系统内部的变化情况。在现代理论中, 用状态控件模型来设计和分析多输入多输出系统, 便于计算机求解,同时也为多变量系统的分析研究提供了有力的工具。 3 3 采用状态空间的输出反馈设计法设线性定常系统被控对象的连续状态方程为其中: x(t) 是n维状态向量; u(t) 是r维控制向量; y(t) 是m维输出向量; A 是n*n维状态矩阵; B 是n*r维控制矩阵; C 是n*m维输出矩阵; 4 4 系统的闭环结构形式如下图示。利用状态空间表达式, 设计出数字控制器 D(z) ,使得多变量计算机控制系统满足所需要的性能指标,即在控制器 D(z) 的作用下, 系统输出 y(t) 经过 N次采样后,跟踪参考输入函数 r(t) 的瞬间响应时间为最小。 5 5 连续状态方程的离散化等效离散状态方程 最小拍无纹波的跟踪条件 y(N)=C x(N)=r0 x (N)=0 6 6 输出反馈设计法的设计步骤 u(k) 的Z变换 U(z) 。 e(k) 的 Z变换 E(z) 。 D(z) 。 7 7 采用状态空间的极点配置设计法 按极点配置设计控制规律为了按极点配置设计控制规律, 暂设控制规律反馈的实际对象的全部状态,而不是重构状态,如下图所示。反馈控制规律L满足如下方程: |zI-F+GL|= β (z) L具有唯一解的充分必要条件是被控对象完全能控。 8 8 .2 按极点配置设计状态观察器 1预报观察器 2现时观察器 3降阶观察器 .3 按极点配置设计控制器 1控制器的组成 2分离性原理 3状态反馈控制器的设计步骤 4观察器及观察器类型选取 9 9 采用状态空间的最优化设计法本节首先在所有状态都可用的条件下导出了 LQ 问题的最优控制规律,如果全部状态是不可测的,就必须估计他们,这可用状态观察器完成。然后对随机扰动过程,可以求出使估计误差的方差最小的最优估计器,它称卡尔曼滤波器。这种估计器的结构与状态观测器相同,但其增益矩阵K的确定方法是不同的,而且它一般为时变的。最后根据分离性原理来求解 LQG 问题的最优控制,并采用卡尔曼滤波器来诡计状态。采用 LQG 最优控制器的调节系统 r(k)=0 如下图所示。 10 10 .1 LQ 最优控制器设计 1问题的描述系统控制的目的按线性二次型性能指标函数