第五章 状态反馈控制系统的设计.ppt

* 状态变量控制技术在主汽温和协调控制中的应用实例 。 第六节 随机系统的状态估计与状态反馈控制 （卡尔曼滤波器） 自学。 * 第五章 状态反馈控制系统的设计 第一节 引言 第二节 基于极点配置的状态反馈控制 第三节 线性状态反馈的最优控制 第四节 状态观测器的设计 第五节 带有状态观测器的状态反馈控制 第六节 随机系统状态估计与状态反馈控制 * 第一节 引言 在以往传统的控制系统设计中，由输出决定控制作用，而没有利用对象内部的信息（这些信息就是系统内部的一系列状态）。 若我们不仅利用所有系统输出，同时还利用系统内部的各个状态（ ）可以得到品质更好的控制系统。 控制器 控制取决于状态 * 例：过热汽温 常规单回路系统 具有状态变量的汽温控制系统 y y0 y * 单输入/单输出系统，用状态方程描述： * 若系统完全可控：（1）物理意义：每个状态( )，都受到 控制 的影响，即每个状态 ，都可通过 来影响及控制他，称系统完全可控。（2）判断方法：{Rank[ ]= } 所谓状态反馈控制，就是使控制作用为： 关键是决定反馈向量K * 闭环系统结构图为： * 如何求 : （1）零极点配置法：通过选择，使闭环系统的极点在所希望的位置，即特征方程的根在希望的位置。 （2）选择 ，使闭环控制系统某一所定义的二次型性能指标最优。 * 第二节 基于极点配置的状态反馈控制 闭环特征方程的根，决定了系统的响应。 由于： 闭环系统的状态方程为： 其特征方程： 系数 与 ？？？ 有关 * 上面的计算是一般性的，很复杂，可以用下面的方法简化。 对于传递函数被控对象： 开环现象：则一定可以化成可控标准型的状态方程： * 闭环： * 闭环后传递函数为： 所以闭环特征方程为： 若所希望的闭环极点为 ，即希望的闭环方程为： * 待定系数为： 性质： [1] 由于开环系统是完全可控的，则按上面的方法闭环后， 闭环系统也是完全可控的。 [2] 引人状态反馈后，只影响系统的极点，而闭环的零点与开环系统的零点是完全相同的。 * 上面取 ，尽管可以保证闭环系统的稳定性，并且可以 具有任意指定的稳定性裕量 ，但从控制作用中不难看出： 中没有 的积分项，控制作用中没有积分作用，就难于 保障闭环系统稳定时使 因此，合理的控制作用应为： * 带积分的状态反馈控制： 对象： 引人变量： 将（1）和(2)合并得到： 取 其中 按前面的方法进行设计。 * 1。可以任意配置系统的极点，还 能获得理想的稳态精度。 2。注意积分带来的动态问题。 闭环系统阵 * 第三节 线性状态反馈的最优控制 求 , 使某一性能指标最优，是最优控制问题。最优控制就是研究这个问题。请大家回去看看，只要求结果，它的设计思想。至于应用，可能在热工控制中用不到。 * 第四节 状态观测器的设计 前面的状态反馈控制作用， ，这就要求系统中的 个状态（ ）必须是可以测量的。但在工程上，状态往往是难于测量的。必须用一种方法将这些状态估计出来。只有 知道了，才能构成状态反馈控制器。 例如：过热器上的各点温度（状态） 是无法测量的 。 * 一、全阶龙贝格状态观测器的设计 基本思想：既然状态 不能在实际系统中测量，那么可以通过相应于实际系统的数学模型来估计，如： 开环状态观测 u Y(t) 系统 模型 * 1。若模型与真实系统一致，则对一切t，有 ＝x(t)。但该方法有很大的缺点是开环的，未考虑模型的误差。因此，只有在模型完全精确的情况下，所获得的状态估计值才能完全重构系统的实际状态。这实际上很难采用。 2。而在大多数实际工业生产过程中，模型无法完全精确反映真实系统，即模型有误差。为了不断校正模型的误差，通常可借助于过程的真实输出与模型的估计输出之差来修正状态估计值，构成闭环状态观测器。