状态观测器ppt课件.ppt

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1、一、状态重构问题和状态观测器状态重构问题问题描述-+解决“状态反馈性能上的不可替代性”和“状态反馈物理上的难于实现性”的矛盾。一、状态重构问题和状态观测器一、状态重构问题和状态观测器一、状态重构问题和状态观测器状态观测器的综合方法简单而且成熟对象：线性动态系统由一个线性状态空间模型描述。全维或降维观测器全维状态观测器:估计状态维数等于系统状态维数，抗噪声能力更强。降维状态观测器:估计状态维数小于系统状态维数，结构更简单。观测器的性能指标一、状态重构问题和状态观测器全维状态观测器方法1观测器结构-+++++一、状态重构问题和状态观测器注记：为什么引入

2、修正项？十、状态重构问题和状态观测器结论一、状态重构问题和状态观测器算法1（根据对偶原理）十、状态重构问题和状态观测器方法2观测器结构状态观测器的输入为：被观测系统的输出y和输入u。x,z-n维u-p维y-q维一、状态重构问题和状态观测器结论十、状态重构问题和状态观测器算法2最佳L矩阵选择注释作为对装置模型修正的观测器增益矩阵L，通过反馈信号来考虑装置中的未知因素。若含有显著的未知因素，则通过矩阵L的反馈信号也应该比较大。然而，若由于干扰和测量噪声使输出信号受到严重干扰，则输出y是不可靠的。在确定L时，应仔细检查包含在输出y中的干扰和噪声的影响。多

3、数情况下，观测器极点选择不唯一。作为一般规则，观测器极点必须比控制器极点快2-5倍，以保证观测误差能迅速收敛至零。若传感器噪声相当大，则可把观测器极点选择比控制器极点慢2倍，以便使系统的带宽变得比较窄，以抑制噪声。但系统响应会受观测器极点的影响，系统响应将会由观测器极点支配。一、状态重构问题和状态观测器一、状态重构问题和状态观测器最佳L矩阵选择注释因此，设计观测器时，应在几个不同的期望特征方程的基础上决定观测器增益矩阵L，进行仿真，以评估出最佳性能。最佳L的选取，归结为快速响应及对干扰和噪声灵敏性之间的折中。一、状态重构问题和状态观测器降维观测器基

4、本思想（降维观测器在结构上比全维观测器简单）一、状态重构问题和状态观测器方法1一、状态重构问题和状态观测器一、状态重构问题和状态观测器方法2（思路类似于全维状态观测器方案2）一、状态重构问题和状态观测器一、状态重构问题和状态观测器方案2的降维状态观测器结构图一、状态重构问题和状态观测器Kx―函数观测器基本思想有时重构状态的最终目的是为了获得状态的某种组合如Kx的估计。直接重构Kx可能使观测器的维数较降维状态观测器的维数更低。问题描述x：n维u：p维y：q维z：m维,观测器维数m

5、注记一、状态重构问题和状态观测器用MATLAB确定观测器增益矩阵观测器的闭环极点是矩阵A-LC的特征值。极点配置的闭环极点是矩阵A-BK的特征值。参考极点配置与观测器设计之间的对偶性，可以把极点配置问题作为对偶系统考虑。对于全维状态观测器，采用命令：对于降维观测器二、引入观测器的状态反馈控制系统对象控制器观测器二、引入观测器的状态反馈控制系统二、引入观测器的状态反馈控制系统观测器的引入对闭环系统的影响定义的是状态完全可控和完全可观测的系统，对基于观测状态的状态反馈控制有利用该控制的状态方程为二、引入观测器的状态反馈控制系统定义误差e(t)则观测器的

6、误差方程因此二、引入观测器的状态反馈控制系统系统的特征方程为观测-状态反馈控制系统的闭环极点包括由极点配置单独设计产生的极点和由观测器单独设计产生的极点。即极点配置和观测器设计是相互独立的。二、引入观测器的状态反馈控制系统例：采用极点配置法设计系统，使闭环极点为采用观测-状态反馈控制代替真实状态控制，设计状态观测器，并求系统在初始状态下的响应二、引入观测器的状态反馈控制系统观测器状态方程为A=[01;20.60];B=[0;1];C=[10];J=[-1.8+j*2.4-1.8-j*2.4];J1=[-8-8];k=acker(A,B,J)k1=a

7、cker(A',C',J1)二、引入观测器的状态反馈控制系统观测-状态反馈系统应用MATLAB求响应曲线二、引入观测器的状态反馈控制系统二、引入观测器的状态反馈控制系统控制器-观测器传递函数观测器方程为二、引入观测器的状态反馈控制系统控制器-观测器传递函数三、带观测器的调节器系统设计例：控制器对象传递函数为利用极点配置方法设计一个控制器，使系统在初始条件下，y(t)的最大超调量为25%~35%，调节时间约为4秒。其中e为观测器误差向量。只有输出y是可以测量的。三、带观测器的调节器系统设计带观测器的调节器系统设计步骤1.推导系统的状态控制模型2.选择

8、希望的闭环极点进行极点配置，同时选择希望的观测器极点3.确定状态反馈增益矩阵和观测器增益矩阵4.推导观测器传递函数。若控制