理论教育 数字控制系统的状态空间方程优化

数字控制系统的状态空间方程优化

时间:2023-06-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:图1-16 线性离散系统的状态变量可以由单输入-单输出的离散系统的差分方程导出离散状态空间表达式,应适当选择状态变量,将高阶的差分方程化为一阶差分方程组,然后表示成矢量的形式,便可以得到离散状态空间表达式了。当系统的脉冲传递函数已知时,也可以建立该系统的离散状态空间表达式。因为特征方程表征了系统的动态特性,因此尽管一个系统的状态变量的选择不是唯一的,但是系统的z特征方程是不变的。

数字控制系统的状态空间方程优化

线性离散系统的离散状态空间表达式可以表示为

式中,A是n×n矩阵,称为状态矩阵或系统矩阵;B是n×m维矩阵,称为输入矩阵或驱动矩阵;C是p×n维矩阵,称为输出矩阵;D是p×m维矩阵,称为直传矩阵或传输矩阵。

线性离散系统的状态变量如图1-16所示。

图1-16 线性离散系统的状态变量

可以由单输入-单输出的离散系统的差分方程导出离散状态空间表达式,应适当选择状态变量,将高阶的差分方程化为一阶差分方程组,然后表示成矢量的形式,便可以得到离散状态空间表达式了。

当系统的脉冲传递函数已知时,也可以建立该系统的离散状态空间表达式。由脉冲传递函数建立离散状态空间表达式通常有直接程序法、分式展开法、迭代程序法和嵌套程序法。

线性离散系统状态方程的求解方法通常有迭代法和z变换法。(www.daowen.com)

可以在线性离散系统中引入z特征方程的概念来描述一个线性离散系统的动态特性。设线性离散系统的状态方程为

x(kT+T=Ax(kT)+Bu(kT)对上式进行z变换,可得

x(z)=(zI-A)-1[zx(0)+Bu(z)]令 |zI-A|=0 (1-38)则式(1-38)为线性离散系统的z特征方程。

z特征方程的根称为矩阵A的特征值,就是线性离散系统的极点。

对于一个n阶的系统,仅有n个特征值。因为特征方程表征了系统的动态特性,因此尽管一个系统的状态变量的选择不是唯一的,但是系统的z特征方程是不变的。

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