07 第六章 现代控制理论A.pptx

第1页：第六章现代控制理论基础(A)封面

自动控制原理第六章现代控制理论基础(A)

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第2页：现代控制理论引言

引言

• 20世纪50年代诞生，60年代发展。
• 标志和基础：状态空间法。
• 适用范围：单变量系统，多变量系统，线性定常系统，线性时变系统，非线性系统。
• 特点：揭示系统内部的关系和特性，研究和使用优良的和复杂的控制方法。

第3页：状态空间法的基本概念

6.1状态空间法的基本概念

• 状态：时间域中系统的运动信息。
• 状态变量：确定系统状态的一组独立（数目最少的）变量。能完全确定系统运动状态而个数又最少的一组变量。
• 知道初始时刻一组状态变量的值及此后的输入变量，可以确定此后全部状态（或变量）的值。
• n阶微分方程描述的n阶系统，状态变量的个数是n。
• 状态变量的选取不是惟一的。

第4页：状态向量与状态空间表达式

状态向量

由n个状态变量组成的向量。

状态空间

以状态变量为坐标构成的n维空间。

状态方程

描述系统状态变量之间及其和输入之间的函数关系的一阶微分方程组。

输出方程

描述系统输出变量与状态变量（有时包括输入）之间的函数关系的代数方程。

状态空间表达式

状态方程与输出方程的组合。

第5页：单变量系统的状态空间描述

• 单变量

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第8页：由工作原理建立状态空间表达式

6.2线性定常系统状态空间表达式的建立

• 根据工作原理，或由其他数学模型转换。
• 选择状态变量：与独立储能元件能量有关的变量，或试选与输出及其导数有关的变量，或任意n个相互独立的变量。6.2.1根据工作原理建立状态空间表达式

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第11页：状态变量的两个特性

特性：

1. 1.状态变量间相互独立，否则A矩阵不满秩;
2. 2.状态方程不是唯一的。

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第12页：由微分方程求状态空间表达式

6.2.2由微分方程和传递函数求状态空间表达式

• 1.方程不含输入的导数,传递函数无零点

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第14页：含输入导数的状态方程

• 2.方程含有输入的导数，传递函数有零点

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第15页：传递函数有零点时的建立

传函：输出、输入变量状态方程：还需要中间(状态)变量

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第17页：m+1小于n时补0处理

m+1<n时补0

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第22页：状态变量的非唯一性与特征值不变性

6.2.4状态变量的非唯一性和特征值不变性

• 状态变量个数一定，选取方法很多，系数矩阵多样。z=Px(│P│≠0)是状态向量。
• │sI-A│：系统或矩阵的特征多项式。
• │sI-A│=0：特征值或特征根，传递函数极点。
• 同一个系统特征值不变。

第23页：状态变量图

6.2.5状态变量图

• 状态变量图包括积分器，加法器，比例器。
• 表示状态变量、输入、输出的关系。
• n阶系统有n个积分器。
• 状态变量图↔状态空间表达式

第24页：

第25页：由状态空间表达式求传递函数

6.3由状态空间表达式求传递函数

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第28页：齐次状态方程的解

6.4线性定常系统状态方程的解6.4.1齐次状态方程的解

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第32页：矩阵指数与状态转移矩阵

6.4.2矩阵指数和状态转移矩阵的性质

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第33页：非齐次状态方程的解

第二步：非齐次状态方程的解

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第38页：课堂练习：状态方程求解

课堂练习：

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第39页：

第40页：结束语

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