第三章计算机控制系统的基本设计方法ppt课件.ppt

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1、计算机控制系统Computer-ControlledSystem电力学院自动化系张计科1§3.3状态空间设计法第三章计算机控制系统的基本设计方法2一、连续控制对象模型的离散化§3.3状态空间设计法1、不带延时的连续控制对象模型的离散化：D(z)－若忽略量化效应，计算机控制系统即为采样控制系统。若将连续控制对象连同它前面的零阶保持器一起进行离散化，则采样控制系统即可简化为纯粹的离散系统来分析和设计。3D(z)－设连续时间系统的状态方程和输出方程零阶保持器一、连续控制对象模型的离散化§3.3状态空

2、间设计法1、不带延时的连续控制对象模型的离散化：4取且令一、连续控制对象模型的离散化§3.3状态空间设计法1、不带延时的连续控制对象模型的离散化：5一、连续控制对象模型的离散化§4.1基于状态空间模型的极点配置设计法不带延时的连续控制对象模型的离散化：6二、矩阵指数及其积分的计算§3.3状态空间设计法拉普拉斯反变换法：定理：其中：和可由下列迭代公式算出Leverrier-Faddeeva算法7二、矩阵指数及其积分的计算§3.3状态空间设计法1、拉普拉斯反变换法：可先对方括号内的有理分式进行部分分式

3、展开，然后再求出各部分分式的反变换。计算复杂。在有些情况下计算定常系统转移矩阵的解析解时，是一种比较好的方法。特点：8三、按极点配置设计控制规律§3.3状态空间设计法1、原理：极点配置是一类最为典型和最为简单的综合问题，实质上是对经典控制理论综合方法的一个推广。系统性能和品质在很大程度上取决于系统极点的位置。通过将极点置于特定的位置，使系统性能和品质达到满意的程度。经典控制：通过附加微分、积分等环节构成校正系统等方法对系统极点进行配置。现代控制：利用状态反馈对系统极点进行任意配置。9三、按极点配置

4、设计控制规律§3.3状态空间设计法1、原理：多数控制系统都采用基于反馈构成的闭环结构。反馈系统的特点是对内部参数变动和外部环境影响具有良好的抑制作用。反馈的基本类型包括状态反馈和输出反馈。10三、按极点配置设计控制规律§3.3状态空间设计法1、原理：状态反馈原系统：11控制规律为线性状态反馈：三、按极点配置设计控制规律§3.3状态空间设计法1、原理：状态反馈原系统：①②将②式代入①式得状态反馈闭环系统：③12三、按极点配置设计控制规律§3.3状态空间设计法1、原理：状态反馈原系统：状态反馈闭环系统

5、：闭环系统特征方程：闭环系统特征方程：引入状态反馈的结果，使系统极点发生变化。13三、按极点配置设计控制规律§3.3状态空间设计法1、原理：输出反馈原系统：输出反馈闭环系统：闭环系统特征方程：闭环系统特征方程：引入输出反馈的结果，同样会使系统极点发生变化。14三、按极点配置设计控制规律§3.3状态空间设计法1、原理：输出反馈原系统：输出反馈闭环系统：闭环系统特征方程：闭环系统特征方程：引入输出反馈的结果，同样会使系统极点发生变化。15③两者不具有等同改变系统结构特性的功能。输出反馈可达到的功能必可

6、利用相应的状态反馈实现；反之，通常不成立。②由于输出信息中所包含的不一定是系统的全部状态变量，所以，输出反馈是部分状态反馈，性能较状态反馈差。①两种反馈形式的引入，不会增加新的状态变量，不改变系统维数，但可以改变系统的特征值来达到性能要求。三、按极点配置设计控制规律§3.3状态空间设计法1、原理：状态反馈和输出反馈的比较:④输出反馈是在物理上可构成的；状态反馈一般是在物理上不能构成的。16三、按极点配置设计控制规律§3.3状态空间设计法1、原理：期望闭环极点作为性能指标具有二重属性：从控制理论角度

7、看，以期望闭环极点作为性能指标，可以严格和简洁地建立相应综合理论和算法；从控制工程角度看，期望闭环极点由于缺乏直观工程意义，因而不为控制工程界所认同和采用。可通过时间域性能指标或频率域性能指标建立起工程直观性能指标与期望闭环极点对应的关系。17三、按极点配置设计控制规律§3.3状态空间设计法1、原理：二阶系统时间域性能指标公式：18系统通过状态反馈能够任意配置极点的充要条件是：系统具有状态完全能控性。三、按极点配置设计控制规律§3.3状态空间设计法2、离散状态反馈极点配置系统设计系统状态完全能控的

8、充要条件：例1已知离散状态方程试分析系统的状态能控性解:系统状态完全能控19例2已知离散状态方程试分析系统的状态能控性解系统状态不完全能控系统通过状态反馈能够任意配置极点的充要条件是：系统具有状态完全能控性。三、按极点配置设计控制规律§3.3状态空间设计法2、离散状态反馈极点配置系统设计系统状态完全能控的充要条件：20根据连续系统系统性能指标确定在s平面中的极点分布；三、按极点配置设计控制规律§3.3状态空间设计法2、离散状态反馈极点配置系统设计设计步骤：二阶系统：高阶系统：可采用