《MATLAB Simulink与控制系统仿真（第3版）》的课件 第10章 线性系统状态空间设计.ppt

《MATLAB/Simulink与控制系统仿真（第3版）》 10.1 引言 10.2 状态反馈与极点配置 10.3 状态观测器 10.4 综合实例及MATLAB/Simulink应用 习题 第10章 线性系统状态空间设计 内容提要 状态空间法适用于多输入多输出（MIMO）系统，它根据给定的性能指标设计系统，而不必根据特定的输入函数（脉冲函数、阶跃函数）进行设计，同时还可以包含初始条件，且状态空间法还可用于非线性控制系统与时变系统的设计，如最优控制系统、自适应控制系统。 通过本章的学习，读者可对线性系统状态空间设计的理论和方法有全面的认识，并熟练使用MATLAB/Simulink进行状态空间设计。 10.2 状态反馈与极点配置 10.2.1 状态反馈 10.2.2 输出反馈 10.2.3 极点配置 所谓极点配置问题，就是通过反馈矩阵的选择，使闭环系统的极点，即闭环特征方程的特征值恰好处于所希望的一组极点位置上。由于希望的极点具有一定的任意性，因此极点的配置也具有一定的任意性。 10.2.4 MATLAB/Simulink在极点配置中的应用 利用MATLAB控制系统工具箱中的place()或acker()函数，可以容易求出全状态反馈闭环系统的反馈矩阵，使系统极点配置在所希望的位置上。下面分别对这两个函数进行介绍。 （1）place( )函数。place( )函数是基于鲁棒极点配置的算法编写的，用来求取状态反馈阵 ，使得多输入系统具有指定的闭环极点 ，即 。 place( )函数常用的调用格式为 K=place(A,B,p) [K,prec,message]=place(A,B,p) 其中，（A,B）为系统状态方程模型，p为包含期望闭环极点位置的列向量，返回变量K为状态反馈行向量。prec为闭环系统的实际极点与期望极点p的接近程度，prec中的每个量的值为匹配的位数。如果闭环系统的实际极点偏离期望极点10%以上，那么message将给出警告信息。 需要注意的是：函数place( )不适用于含有多重期望极点的配置问题。 （2）acker ( )函数。acker ( )函数是根据Ackerman公式编写的。需要注意的是：acker()只适用于单输入系统，希望的极点可以包括多重极点（位于同一位置的多个极点）。 10.3 状态观测器 状态观测器结构图 状态观测器的设计原则和设计步骤 10.3.2 全维状态观测器 全维状态观测器结构图