現(xiàn)代控制理論第五章答案課件

第五章主要內容：§5—1線性反饋控制系統(tǒng)的基本結構及其特性主要知識點:1、狀態(tài)反饋、輸出反饋的基本概念；2、三種反饋控制系統(tǒng)的基本結構和特點；3、閉環(huán)系統(tǒng)的能控性和能觀性。§5—2極點配置問題

主要知識點:1、極點配置的基本概念；2、極點任意配置的條件；3、極點配置的設計方法。1ppt課件第五章主要內容：§5—1線性反饋控制系統(tǒng)的基本結構及其特性§5—3系統(tǒng)鎮(zhèn)定問題主要知識點:1、系統(tǒng)能鎮(zhèn)定的基本概念;2、閉環(huán)控制系統(tǒng)能鎮(zhèn)定的條件?！?—4系統(tǒng)解耦問題主要知識點:1、什么是解耦問題；2、解耦的結構形式；3、狀態(tài)反饋解耦結構；4、狀態(tài)反饋能解耦的條件；5、狀態(tài)反饋解耦設計。2ppt課件§5—3系統(tǒng)鎮(zhèn)定問題2ppt課件§5—5狀態(tài)觀測器主要知識點:1、狀態(tài)觀測器、全維觀測器、降維觀測器的基本概念;2、觀測器存在的條件；3、全維觀測器的設計?！?—6利用狀態(tài)觀測器實現(xiàn)狀態(tài)反饋的系統(tǒng)

主要知識點:1、利用狀態(tài)觀測器實現(xiàn)狀態(tài)反饋的系統(tǒng)結構；2、主要特點（極點分離特性、等價性）；3、利用狀態(tài)觀測器實現(xiàn)狀態(tài)反饋的系統(tǒng)設計。（觀測器反饋矩陣設計+狀態(tài)反饋矩陣設計）3ppt課件§5—5狀態(tài)觀測器3ppt課件【習題5－2】設系統(tǒng)狀態(tài)方程為【解】第一步：判斷能控性試設計一狀態(tài)反饋陣將其極點配置為滿秩，狀態(tài)反饋可實現(xiàn)極點的任意配置。第二步：化為能控標準I型4ppt課件【習題5－2】設系統(tǒng)狀態(tài)方程為【解】第一步：判斷能控性試設能控標準I型為：第三步：求出加入狀態(tài)反饋矩陣后的閉環(huán)特征多項式5ppt課件能控標準I型為：第三步：求出加入狀態(tài)反饋矩陣后的閉環(huán)特征多項第四步：求出期望的閉環(huán)特征多項式6ppt課件第四步：求出期望的閉環(huán)特征多項式6ppt課件第四步：比較和求出反饋矩陣第五步：反變換到原狀態(tài)變量下7ppt課件第四步：比較和【習題5－3】有系統(tǒng)（1）畫出模擬結構圖；（2）若動態(tài)性能不滿足要求，可否任意配置極點；（3）若指定極點為-3，-3，求狀態(tài)反饋矩陣。【解】（1）系統(tǒng)模擬結構圖如下8ppt課件【習題5－3】有系統(tǒng)（1）畫出模擬結構圖；【解】（1）系統(tǒng)模滿秩，狀態(tài)反饋可實現(xiàn)極點的任意配置。設狀態(tài)反饋矩陣為（2）判斷狀態(tài)反饋可否任意配置極點；（3）若指定極點為-3，-3，求狀態(tài)反饋矩陣。加入狀態(tài)反饋矩陣后的系統(tǒng)矩陣為閉環(huán)系統(tǒng)特征多項式：9ppt課件滿秩，狀態(tài)反饋可實現(xiàn)極點的任意配置。設狀態(tài)反饋矩陣為（2）判比較和求出反饋矩陣反饋矩陣為期望的閉環(huán)特征多項式10ppt課件比較和求出【習題5－4】有系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為試問可否利用狀態(tài)反饋將其傳遞函數(shù)變?yōu)槿粲锌赡埽嚽鬆顟B(tài)反饋矩陣，并畫出模擬結構圖?！窘狻恳驗橄到y(tǒng)的傳遞函數(shù)不存在零極點對消的情況，系統(tǒng)能控且能觀，狀態(tài)反饋能實現(xiàn)極點的任意配置，可其傳遞函數(shù)變?yōu)椋呵蚁喈斢陂]環(huán)極點配置為：-2，-2，-311ppt課件【習題5－4】有系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為試問可否利用狀態(tài)反饋將其傳遞系統(tǒng)的能控標準I型為：加入狀態(tài)反饋矩陣后的閉環(huán)特征多項式12ppt課件系統(tǒng)的能控標準I型為：加入狀態(tài)反饋矩陣后的閉環(huán)特征多項式12期望的閉環(huán)特征多項式比較和求出反饋矩陣所求的狀態(tài)反饋矩陣為閉環(huán)系統(tǒng)的模擬結構圖如下：13ppt課件期望的閉環(huán)特征多項式比較和反饋矩陣K輸出矩陣C14ppt課件反饋矩陣K輸出矩陣C14ppt課件【習題5－5】試判斷下列系統(tǒng)通過狀態(tài)反饋能否鎮(zhèn)定【解】系統(tǒng)通過狀態(tài)反饋能否鎮(zhèn)定的充要條件是：不能控子系統(tǒng)是漸近穩(wěn)定的。系統(tǒng)是能控且能觀的，所以系統(tǒng)通過狀態(tài)反饋能鎮(zhèn)定15ppt課件【習題5－5】試判斷下列系統(tǒng)通過狀態(tài)反饋能否鎮(zhèn)定【解】系統(tǒng)通【解】系統(tǒng)通過狀態(tài)反饋能否鎮(zhèn)定的充要條件是：不能控子系統(tǒng)是漸近穩(wěn)定的。該狀態(tài)空間表達式是約旦標準型，利用約旦標準型能控性判據可知下列狀態(tài)是不能控的：因其特征值均為負值，所以是漸近穩(wěn)定的。故系統(tǒng)通過狀態(tài)反饋能否鎮(zhèn)定16ppt課件【解】系統(tǒng)通過狀態(tài)反饋能否鎮(zhèn)定的充要條件是：不能控子系統(tǒng)是漸【習題5－7】設計一個前饋補償器，使系統(tǒng)解耦，且解耦后系統(tǒng)的極點為-1，-1，-2，-2【解】系統(tǒng)的傳遞函數(shù)陣是非奇異的，可以用前饋補償器實現(xiàn)解耦，設解耦后系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為17ppt課件【習題5－7】設計一個前饋補償器，使系統(tǒng)解耦，且解耦后系統(tǒng)的則補償器的傳遞函數(shù)矩陣為：18ppt課件則補償器的傳遞函數(shù)矩陣為：18ppt課件【習題5－8】已知系統(tǒng)（1）判別系統(tǒng)能否利用狀態(tài)反饋實現(xiàn)解耦（2）設計狀態(tài)反饋使系統(tǒng)解耦，且極點為-1，-2，-3?！窘狻浚?）計算di19ppt課件【習題5－8】已知系統(tǒng)（1）判別系統(tǒng)能否利用狀態(tài)反饋實現(xiàn)解耦計算幾個矩陣不能用狀態(tài)反饋實現(xiàn)解耦（2）無法設計狀態(tài)反饋使系統(tǒng)解耦，并使極點為-1，-2，-3。20ppt課件計算幾個矩陣不能用狀態(tài)反饋實現(xiàn)解耦（2）無法設計狀態(tài)反饋使系【習題5－10】已知受控系統(tǒng)狀態(tài)空間表達式為試設計觀測器，使觀測器的極點為【解】觀測器期望的特征多項式觀測器的特征多項式：比較和求出反饋矩陣21ppt課件【習題5－10】已知受控系統(tǒng)狀態(tài)空間表達式為試設計觀測器，觀測器方程為：22ppt課件觀測器方程為：22ppt課件【習題5－11】已知系統(tǒng)狀態(tài)空間表達式為設狀態(tài)變量不能測取，設計全維和降維觀測器，使觀測器的極點為-3，-3。【解】觀測器期望的特征多項式觀測器的特征多項式：23ppt課件【習題5－11】已知系統(tǒng)狀態(tài)空間表達式為設狀態(tài)變量比較和求出反饋矩陣全維觀測器方程為：求降維觀測器：令則狀態(tài)空間表達式變換為24ppt課件比較和求出降維觀測器方程為即有：特征多項式為期望特征多項式為所以：25ppt課件降維觀測器方程為即有：特征多項式為期望特征多項式為所以：25故降維觀測器方程為26ppt課件故降維觀測器方程為26ppt課件【習題5－13】設受控對象的傳遞函數(shù)為（1）設計狀態(tài)反饋矩陣，使閉環(huán)系統(tǒng)極點配置為（2）設計極點為-5的降維觀測器（3）按（2）的結果，求等效的反饋校正和串聯(lián)校正裝置【解】（1）受控對象的狀態(tài)空間表達式可寫為能觀標準II型設狀態(tài)反饋矩陣為不要求掌握該題,不做了!!!!!27ppt課件【習題5－13】設受控對象的傳遞函數(shù)為（1）設計狀態(tài)反饋矩陣第五章主要內容：§5—1線性反饋控制系統(tǒng)的基本結構及其特性主要知識點:1、狀態(tài)反饋、輸出反饋的基本概念；2、三種反饋控制系統(tǒng)的基本結構和特點；3、閉環(huán)系統(tǒng)的能控性和能觀性。§5—2極點配置問題

主要知識點:1、極點配置的基本概念；2、極點任意配置的條件；3、極點配置的設計方法。28ppt課件第五章主要內容：§5—1線性反饋控制系統(tǒng)的基本結構及其特性§5—3系統(tǒng)鎮(zhèn)定問題主要知識點:1、系統(tǒng)能鎮(zhèn)定的基本概念;2、閉環(huán)控制系統(tǒng)能鎮(zhèn)定的條件?！?—4系統(tǒng)解耦問題主要知識點:1、什么是解耦問題；2、解耦的結構形式；3、狀態(tài)反饋解耦結構；4、狀態(tài)反饋能解耦的條件；5、狀態(tài)反饋解耦設計。29ppt課件§5—3系統(tǒng)鎮(zhèn)定問題2ppt課件§5—5狀態(tài)觀測器主要知識點:1、狀態(tài)觀測器、全維觀測器、降維觀測器的基本概念;2、觀測器存在的條件；3、全維觀測器的設計?！?—6利用狀態(tài)觀測器實現(xiàn)狀態(tài)反饋的系統(tǒng)

主要知識點:1、利用狀態(tài)觀測器實現(xiàn)狀態(tài)反饋的系統(tǒng)結構；2、主要特點（極點分離特性、等價性）；3、利用狀態(tài)觀測器實現(xiàn)狀態(tài)反饋的系統(tǒng)設計。（觀測器反饋矩陣設計+狀態(tài)反饋矩陣設計）30ppt課件§5—5狀態(tài)觀測器3ppt課件【習題5－2】設系統(tǒng)狀態(tài)方程為【解】第一步：判斷能控性試設計一狀態(tài)反饋陣將其極點配置為滿秩，狀態(tài)反饋可實現(xiàn)極點的任意配置。第二步：化為能控標準I型31ppt課件【習題5－2】設系統(tǒng)狀態(tài)方程為【解】第一步：判斷能控性試設能控標準I型為：第三步：求出加入狀態(tài)反饋矩陣后的閉環(huán)特征多項式32ppt課件能控標準I型為：第三步：求出加入狀態(tài)反饋矩陣后的閉環(huán)特征多項第四步：求出期望的閉環(huán)特征多項式33ppt課件第四步：求出期望的閉環(huán)特征多項式6ppt課件第四步：比較和求出反饋矩陣第五步：反變換到原狀態(tài)變量下34ppt課件第四步：比較和【習題5－3】有系統(tǒng)（1）畫出模擬結構圖；（2）若動態(tài)性能不滿足要求，可否任意配置極點；（3）若指定極點為-3，-3，求狀態(tài)反饋矩陣。【解】（1）系統(tǒng)模擬結構圖如下35ppt課件【習題5－3】有系統(tǒng)（1）畫出模擬結構圖；【解】（1）系統(tǒng)模滿秩，狀態(tài)反饋可實現(xiàn)極點的任意配置。設狀態(tài)反饋矩陣為（2）判斷狀態(tài)反饋可否任意配置極點；（3）若指定極點為-3，-3，求狀態(tài)反饋矩陣。加入狀態(tài)反饋矩陣后的系統(tǒng)矩陣為閉環(huán)系統(tǒng)特征多項式：36ppt課件滿秩，狀態(tài)反饋可實現(xiàn)極點的任意配置。設狀態(tài)反饋矩陣為（2）判比較和求出反饋矩陣反饋矩陣為期望的閉環(huán)特征多項式37ppt課件比較和求出【習題5－4】有系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為試問可否利用狀態(tài)反饋將其傳遞函數(shù)變?yōu)槿粲锌赡埽嚽鬆顟B(tài)反饋矩陣，并畫出模擬結構圖?！窘狻恳驗橄到y(tǒng)的傳遞函數(shù)不存在零極點對消的情況，系統(tǒng)能控且能觀，狀態(tài)反饋能實現(xiàn)極點的任意配置，可其傳遞函數(shù)變?yōu)椋呵蚁喈斢陂]環(huán)極點配置為：-2，-2，-338ppt課件【習題5－4】有系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為試問可否利用狀態(tài)反饋將其傳遞系統(tǒng)的能控標準I型為：加入狀態(tài)反饋矩陣后的閉環(huán)特征多項式39ppt課件系統(tǒng)的能控標準I型為：加入狀態(tài)反饋矩陣后的閉環(huán)特征多項式12期望的閉環(huán)特征多項式比較和求出反饋矩陣所求的狀態(tài)反饋矩陣為閉環(huán)系統(tǒng)的模擬結構圖如下：40ppt課件期望的閉環(huán)特征多項式比較和反饋矩陣K輸出矩陣C41ppt課件反饋矩陣K輸出矩陣C14ppt課件【習題5－5】試判斷下列系統(tǒng)通過狀態(tài)反饋能否鎮(zhèn)定【解】系統(tǒng)通過狀態(tài)反饋能否鎮(zhèn)定的充要條件是：不能控子系統(tǒng)是漸近穩(wěn)定的。系統(tǒng)是能控且能觀的，所以系統(tǒng)通過狀態(tài)反饋能鎮(zhèn)定42ppt課件【習題5－5】試判斷下列系統(tǒng)通過狀態(tài)反饋能否鎮(zhèn)定【解】系統(tǒng)通【解】系統(tǒng)通過狀態(tài)反饋能否鎮(zhèn)定的充要條件是：不能控子系統(tǒng)是漸近穩(wěn)定的。該狀態(tài)空間表達式是約旦標準型，利用約旦標準型能控性判據可知下列狀態(tài)是不能控的：因其特征值均為負值，所以是漸近穩(wěn)定的。故系統(tǒng)通過狀態(tài)反饋能否鎮(zhèn)定43ppt課件【解】系統(tǒng)通過狀態(tài)反饋能否鎮(zhèn)定的充要條件是：不能控子系統(tǒng)是漸【習題5－7】設計一個前饋補償器，使系統(tǒng)解耦，且解耦后系統(tǒng)的極點為-1，-1，-2，-2【解】系統(tǒng)的傳遞函數(shù)陣是非奇異的，可以用前饋補償器實現(xiàn)解耦，設解耦后系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為44ppt課件【習題5－7】設計一個前饋補償器，使系統(tǒng)解耦，且解耦后系統(tǒng)的則補償器的傳遞函數(shù)矩陣為：45ppt課件則補償器的傳遞函數(shù)矩陣為：18ppt課件【習題5－8】已知系統(tǒng)（1）判別系統(tǒng)能否利用狀態(tài)反饋實現(xiàn)解耦（2）設計狀態(tài)反饋使系統(tǒng)解耦，且極點為-1，-2，-3?！窘狻浚?）計算di46ppt課件【習題5－8】已知系統(tǒng)（1）判別系統(tǒng)能否利用狀態(tài)反饋實現(xiàn)解耦計算幾個矩陣不能用狀態(tài)反饋實現(xiàn)解耦（2）無法設計狀態(tài)反饋使系統(tǒng)解耦，并使極點為-1，-2，-3。47ppt課件計算幾個矩陣不能用狀態(tài)反饋實現(xiàn)解耦（2）無法設計狀態(tài)反饋使系【習題5－10】已知受控系統(tǒng)狀態(tài)空間表達式為試設計觀測器，使觀測器的極點為【解】觀測器期望的特征多項式觀測器的特征多項式：比較和求出