1、第五章現(xiàn)代控制技術(shù)，在經(jīng)典控制理論中，使用傳遞函數(shù)模型設(shè)計(jì)和分析單輸入單輸出系統(tǒng)，但傳遞函數(shù)模型只能反映系統(tǒng)的輸出變量和輸入變量之間的關(guān)系，系統(tǒng)內(nèi)部的變化是未知的。現(xiàn)代理論使用狀態(tài)空間模型設(shè)計(jì)和分析多輸入多輸出系統(tǒng)，便于電腦解釋，同時(shí)為多變量系統(tǒng)的分析研究提供了有力的工具。使用5.1狀態(tài)空間的輸出反饋設(shè)計(jì)，設(shè)置線性常數(shù)系統(tǒng)控制對(duì)象的連續(xù)狀態(tài)方程，使用狀態(tài)空間的輸出反饋設(shè)計(jì)方法的目的是使用狀態(tài)空間表達(dá)式設(shè)計(jì)數(shù)字控制器D(z)。變量電腦控制系統(tǒng)期望的性能指標(biāo)，即控制器D(z)的作用下，系統(tǒng)輸出Y(，圖5.1輸出反饋的多變量電腦控制系統(tǒng)的閉環(huán)結(jié)構(gòu)圖表，5.1.1連續(xù)狀態(tài)方程的離散化，5.1.2最小無

2、門波系統(tǒng)的跟蹤條件，如系統(tǒng)輸出方程中所示，y(t)作為最小N拍跟蹤參考r(t)5.1.3輸出反饋設(shè)計(jì)法的設(shè)計(jì)階段，1 .離散連續(xù)狀態(tài)方程，2 .符合追蹤條件和其他條件的U (z)、3。得到誤差序列e(k)的Z變換E (z)。5.2使用狀態(tài)空間的極點(diǎn)配置設(shè)計(jì)方法。電腦控制系統(tǒng)使用更多的狀態(tài)反饋控制，因?yàn)槌溯敵龇答伩刂仆猓€可以通過狀態(tài)輸入完全確定系統(tǒng)未來的行為。電腦控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)：設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)化的離散系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、圖5.4曹征系統(tǒng)(r(k)=0)的控制器結(jié)構(gòu)、5.2.1極點(diǎn)配置設(shè)計(jì)控制規(guī)則、反饋控制規(guī)則L，為閉環(huán)系統(tǒng)提供了必要的極點(diǎn)配置。5.2.2根據(jù)極點(diǎn)設(shè)計(jì)狀態(tài)觀測(cè)者、設(shè)計(jì)狀態(tài)觀測(cè)者和測(cè)量輸出y

3、(k)和u(k)重建所有狀態(tài)。因?yàn)橛行顟B(tài)是無法測(cè)量的。常用的狀態(tài)觀測(cè)器有三種：預(yù)測(cè)觀測(cè)器、當(dāng)前觀測(cè)器和下降觀測(cè)器。常用觀測(cè)器方程式為，1 .預(yù)測(cè)觀測(cè)器，設(shè)計(jì)觀測(cè)器的關(guān)鍵在于合理選擇觀測(cè)器增益矩陣K的方法。在圖56預(yù)測(cè)觀測(cè)器、單輸入單輸出系統(tǒng)的情況下，通過比較常識(shí)兩側(cè)Z的相同平方的系數(shù)，可以得到K中N個(gè)未知數(shù)。2當(dāng)前觀測(cè)器，狀態(tài)重建錯(cuò)誤，當(dāng)前觀測(cè)器狀態(tài)重建錯(cuò)誤的特性方程，因此，只需要估計(jì)剩余狀態(tài)變量。牙齒階以下的觀測(cè)器稱為階觀測(cè)器。必須用原始狀態(tài)向量除以兩部分，狀態(tài)方程，采樣主T=0.1s來確定k。(1)設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)觀測(cè)器，并將觀測(cè)器要素表達(dá)式的兩個(gè)極放置在z1，2=0.2處。(2)設(shè)計(jì)當(dāng)前預(yù)測(cè)器

4、，并將觀測(cè)器特征表達(dá)式的兩個(gè)極放置在z1，2=0.2。(3)假定x1牙齒可測(cè)量狀態(tài)，x2假定需要估計(jì)，設(shè)計(jì)子觀測(cè)器，并將觀測(cè)器特征方程的極值點(diǎn)放置在Z=0.2。5.2.3極點(diǎn)配置設(shè)計(jì)控制器，1 .控制器配置、根據(jù)極點(diǎn)配置設(shè)計(jì)的控制規(guī)則和狀態(tài)觀測(cè)器、狀態(tài)反饋控制器、2。分離原理，另一部分是根據(jù)狀態(tài)觀察者給出的N個(gè)觀察者。這就是可分離性原理。根據(jù)牙齒原理，分別設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的控制規(guī)則和觀測(cè)器，簡(jiǎn)化了控制器的設(shè)計(jì)?？偨Y(jié)了使用狀態(tài)反饋的極點(diǎn)配置方法，設(shè)計(jì)控制器的步驟如下。(1)根據(jù)閉環(huán)系統(tǒng)的性能要求，提供幾個(gè)控制桿。(2)根據(jù)極點(diǎn)配置設(shè)計(jì)狀態(tài)反饋控制規(guī)律計(jì)算L。(3)合理指定觀測(cè)者的極點(diǎn)，選擇觀測(cè)者類型計(jì)

5、算觀測(cè)者增益矩陣L。(4)最后根據(jù)設(shè)計(jì)的控制規(guī)律和觀測(cè)器，由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。3。介紹了狀態(tài)反饋控制器的設(shè)計(jì)階段，上述狀態(tài)反饋控制器的設(shè)計(jì)?？刂茥U是根據(jù)閉環(huán)系統(tǒng)的性能要求設(shè)置的，因此控制桿成為整個(gè)系統(tǒng)的主導(dǎo)桿。觀測(cè)器極的設(shè)置必須使?fàn)顟B(tài)重建具有更快的跟蹤速度。如果測(cè)量輸出沒有大誤差或噪音，可以考慮將觀測(cè)器極設(shè)定在z平面的原點(diǎn)。如果測(cè)量輸出包含大誤差或噪聲，則可以將與觀測(cè)器極相對(duì)應(yīng)的衰減速度設(shè)置為與控制極相對(duì)應(yīng)的衰減速度約為4倍或5倍。選擇觀察者類型需要考慮以下兩個(gè)茄子事項(xiàng)：(1)如果控制器的計(jì)算延遲與采樣周期處于同一級(jí)別，則可以選擇預(yù)測(cè)觀測(cè)器。否則，可以使用當(dāng)前觀察者。(2)如果測(cè)量輸出相對(duì)準(zhǔn)確，并且系統(tǒng)的狀態(tài)，則可以考慮度數(shù)觀測(cè)器。否則，可以使用全階段觀測(cè)器。4 .選擇觀測(cè)者和觀測(cè)者類型，設(shè)計(jì)5.2.4跟蹤系統(tǒng)，根據(jù)極點(diǎn)配置設(shè)計(jì)的PI控制器，具有PI控制規(guī)律的跟蹤系統(tǒng)，具有PI控制和輸入凈值的跟蹤系統(tǒng)，具有觀測(cè)者和PI和凈值控制的跟蹤系統(tǒng)，5.3狀態(tài)空間最優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，使用LQG最佳控制器的曹征系統(tǒng)