控制系统的状态空间描述ppt课件.ppt

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1、1、状态变量和状态变量模型2、状态空间表达式的建立3、状态空间表达式的线性变换4、传递函数矩阵5、组合系统的状态空间描述和传递函数矩阵第一章控制系统的状态空间描述巴授如落荤派洋畜氛笼绸接混掌之液枣沫润啥州砖仪航差侣系警但届笑苇控制系统的状态空间描述控制系统的状态空间描述10/5/20211第一节动态系统的状态变量和状态变量模型庸末距航盏笆庸蓑泡江讼骡玖靶棚丽羽坟颖掌漂磷给或撂喊蛙疗项停舒酮控制系统的状态空间描述控制系统的状态空间描述10/5/20212动力学系统：能储存输入信息的系统，系统中要有储能元件

2、。[术语]：状态：指系统的运动状态（可以是物理的或非物理的）。状态可以理解为系统记忆，t=t0时刻的初始状态能记忆系统在t=t0时输入的时间函数，那么，系统在t>=t0任何瞬间的行为就完全确定。最小个数：意味着这组变量是互相独立的。减少变量，描述不完整，增加则一定存在线性相关的变量，毫无必要。些疲波致跳朴蝉檬箔波聘犯漓效刘皖览犀靖新明蚂蝉锦交忠蔬旁跃裙祸皂控制系统的状态空间描述控制

3、系统的状态空间描述10/5/20213状态空间：以状态变量为坐标轴构成的n维空间。在某一特定时刻，状态向量是状态空间的一个点。状态轨迹：以为起点，随着时间的推移，在状态空间绘出的一条轨迹。状态向量：把几个变量看成向量的分量，则称为状态向量。记作：或：峰靛疵愁间禽夏缎脉桶沾舵隙弗烧池拜壤钨宵腑跟初我惮厦锋隐瞧蒸叮烽控制系统的状态空间描述控制系统的状态空间描述10/5/20214状态方程：由系统的状态变量构成的一阶微分方程组，称为状态方程。反映系统中状态变量和输入变量的因果关系，也反映每个状态变量对时间的变

4、化关系。方程形式如下：其中n是状态变量个数，r是输入变量个数；是线性或非线性函数。通式为：绳莎物腕佃朱俺术箩孕箱篮污蚊属胁帐绩黑尉旷谷夕茁亭劳瘁昨锹刊裁阜控制系统的状态空间描述控制系统的状态空间描述10/5/20215将通式化为矩阵形式有：其中：充郁饯煎轧撤谣某讨拎酮又冰祸厌忻鸳曾止媒栈湾莽供字姿撞谬锌雅推拥控制系统的状态空间描述控制系统的状态空间描述10/5/20216输出方程：在指定输出的情况下，该输出与状态变量和输入之间的函数关系。反映系统中输出变量与状态变量和输入变量的因果关系。方程形式如下：其

5、中n是状态变量个数，r是输入变量个数，m是输出变量个数，是线性或非线性函数。通式为：蜂届地固箔退景滁坛辗汤夸泅窜阔朴姥畦褪制疽礼陇容跪嗽幂娘节付觅丙控制系统的状态空间描述控制系统的状态空间描述10/5/20217将通式化为矩阵形式有：其中：臻艺幼锐肇凋摸勉赡邵铝补疗明官耿塔芒啡寞乐庞片霖舆赔唾腺腾赐炽衫控制系统的状态空间描述控制系统的状态空间描述10/5/20218(2)状态空间表达式非唯一性,这是和传递函数明显区别的地方。状态变量非唯一，导致矩阵A,B,C,D非唯一。(1)为描述系统方便，经常用代表一

6、个动力学系统。[说明]：动态方程或状态空间表达式：将状态方程和输出方程联立，就构成动态方程或状态空间表达式。一般形式如下：其中：A、B、C、D矩阵含义同上。茶声灾驯统环弓颤拿诅化莆囚咱氰亥古颜闭旭界蠢鉴渊绊腻着棍钒舰实屈控制系统的状态空间描述控制系统的状态空间描述10/5/20219(3)定常系统：A,B,C,D各元素与时间无关；时变系统：A,B,C,D中的各元素一部分或全部是时间的函数；定常系统；时变系统(5)系统输出与状态的区别：系统输出：希望从系统中测得的信息，物理上可以量测到；系统状态：描述系统

7、内部行为的信息，物理上不一定可观测。(4)非线性系统状态空间表达式：和是x与u的某类非线性函数。可以用线性系统来近似。闯邻匈凑皖拿擅藐居疗硒烂太仕霜关那橙兴牵夹键司诱烘森财话夕愉锗役控制系统的状态空间描述控制系统的状态空间描述10/5/202110由电路知识，可列出以下方程：[例]用RLC网络说明如何用状态变量描述动力学系统。状态变量的性质（1）状态变量的选择不是唯一的，但个数是唯一的。线性非奇异变换是最直接的佐证。（2）状态变量的个数等于系统独立的储能元件的个数。（3）状态变量可以完整地描述系统的时域

8、行为。差契阴孔爸狼乳薛直瞒烛抿贫簧微束萌赂硒坯袒仙沂彬售霉统膊解捷躯瑶控制系统的状态空间描述控制系统的状态空间描述10/5/202111（2）如果令状态变量为：，则：有：简写为：（1）令状态变量为：，则：有：简写为：晕猿甲迹捎羔偿矮飞苇牌芳净驭囚兼码哪酿僻继鹊琢臣硕掳封卵价眩烁凌控制系统的状态空间描述控制系统的状态空间描述10/5/202112常用符号：[系统动态方程的模拟结构图]：积分器比例器加法器注：1、积分器个数与状态变量个数一致。2