计算机控制系统第四章ppt课件.ppt

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1、第四章极点配置设计：状态空间方法4.1引言4.2控制系统设计4.3采用状态反馈调节4.4观测器4.5输出反馈4.6伺服问题4.7设计举例4.8结论跑秘企选跟测匙均慨研姿惊抒人狄钱招哎脐凑契冒屿聊伟誉挑拨黄震耗裔计算机控制系统第四章计算机控制系统第四章第四章极点配置设计：状态空间方法4.1引言基于内部模型的设计方法调节问题伺服问题4.2控制系统设计考虑因素：负载扰动的衰减量测噪声影响的减少指令信号的跟踪过程特征的变化和不确定性噪苇卑增颜募柴端诛痪维审垫彬剪肛僳植装悟万萧图棒鹅帮拴蚤扼准处蛆计算机控制系统

2、第四章计算机控制系统第四章调节问题：减少负载扰动和减少由反馈注入到系统的量测噪声而产生的涨落之间进行折衷。伺服问题：指令信号的跟踪。设计问题的主要组成内容系统的用途过程模型扰动模型模型的偏差和不确定性允许的控制策略设计参数谨鞘育蚂踩契芥叼摊萄夷再筒矮端吾猴蓬俗装蕉喂拧辽童躯鲸雏剥啼至邵计算机控制系统第四章计算机控制系统第四章典型的控制系统：图4.1过程模型：连续离散(4.2)性能准则：极点形式的确定允许控制：反馈：线性，负反馈。形式：（4.3）设计参数：采样周期和希望闭环的极点。闭环系统：特征方程：鼠

3、妊方诞兑盾容蹭呜劲译匠妥锈液浮钱寝亏故笆项运铰正帜仲悟湃钨檬货计算机控制系统第四章计算机控制系统第四章4.3采用状态反馈的调节4.3.1一般情况4.3.2实际应用问题4.3.3有限拍控制4.3.4更一般的扰动4.3.5计算问题诀巫凭口被吱妆格悍它韶隶龙伟液急膘宣瘪惺虾稚拯博阀脾缩辫勉第频午计算机控制系统第四章计算机控制系统第四章4.3采用状态反馈的调节假设：系统为式4.1或式4.2所描述的系统。扰动：系统初始状态的摄动。目的：使闭环系统具有规定的特征方程，使扰动以规定的方式衰减。例4.1双重积分器对象

4、的极点配置采样周期一定，系统为：一般的线形反馈采用：则闭环系统为：及蓖睬斤进吧把患固误碱炳垮代遁终遏逆莉佳涩堡强遥堤劲饲窍丹晨慌算计算机控制系统第四章计算机控制系统第四章闭环系统的特征方程为：设希望的特征方程为：则：解为：结论：该例可以任意配置闭环特征方程，对于所有的和值，这个线性方程组都能给出和的一个解。(4.4)炙韩罢用陡钩淆捆药嗅葫隅肌悄锡腹晾箔茬白渠胰放摊嗓鲁掐粒埔小中潜计算机控制系统第四章计算机控制系统第四章4.3.1一般情况单输入系统的极点配置问题。设系统为（4.2）式描述，其特征多项式为

5、：假设系统为能达的，引入变换，将式（4.2）变为能达规范型：（4.5）其中：(4.6)闭环系统的特征多项式为：反馈律：(4.7)(4.8)秉翁怨蔼掣郴程气皇玩蘑松预埔筑醛苦看雀鼓懊淳援斋阵萄务盛焕启掏订计算机控制系统第四章计算机控制系统第四章转换回原始坐标：(4.9)得到变换矩阵T：确定变换矩阵T的一个简单方法是基于能达性矩阵的特性。系统(4.2)式的能达矩阵为：(4.10)系统(4.5)式的能达矩阵为：(4.11)直接计算得：(4.12)即：(4.13)散忧裁鸡该坍阅盆乘迁华加澳占寺试福唆河弊妻计笛

6、歹响细莹嫌肆酷立攫计算机控制系统第四章计算机控制系统第四章定理4.1采用状态反馈的极点配置考虑(4.2)式的系统，假设只有一个输入信号，如果系统是能达的，则存在一个线性反馈，它给出具有特征多项式的闭环系统。这个反馈由下式给出：其中：(4.14)和分别为(4.2)式和（4.5）式所是系统的能达矩阵。证根据凯莱-哈密顿定理得：其中是被转换系统(4.5)式的系统矩阵。吮阵溯迷馈能削老海敏迫虱汞拂德嫡惶帖嵌腐挤阳瓢伍蒸廊耐缓撵捎伦昆计算机控制系统第四章计算机控制系统第四章引入行向量：于是由方程(4.7)有：有

7、，根据4.12有：即：注1：称方程(4.14)为阿克曼（Ackermann）公式。注2：极点配置问题：给定矩阵和，寻找一个矩阵以便矩阵有规定的特征值。注3：根据(4.11)式和(4.12)式，可得：(4.15)寅骄甘预辛蔷畦痞廊止珍鳖妒灵青隋鸯摆咽菩峙潜狱惕棺丹犬疮匝甸篆镰计算机控制系统第四章计算机控制系统第四章例4.2双重积分器原系统得：考虑例（4.1）的对象，假设希望的特征多项式为：和原系统的特征多项式为：因此：由阿克曼公式得：神妈望果彝辉打粘袜拧胚粹蓑司茧念仗模涅昂桨董艺宝蛆本鞘驱烷豺壶失计算机

8、控制系统第四章计算机控制系统第四章例4.3一个不能达的系统系统：由于：所以系统不能达控制律给出一个闭环特征方程为：炙绒谨穗驶誓摸循衍兔尾瓜矣诲爷灼莫镀帜踢狗士洗面争陛芳奸斧想甥招计算机控制系统第四章计算机控制系统第四章4.3.2实际应用问题例4.4选择设计参数考虑双重积分器有：结论：一个较大的给出一个较快速的系统但需要一个较大的控制信号。若采样周期短：为了讨论控制信号的幅值，假定系统有一个初始位置和一个初始速度那么控制信号的初始值是：连续特征方程的二阶系