現(xiàn)代控制理論第五章答案課件

第五章主要內(nèi)容：§5—1線性反饋控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及其特性主要知識(shí)點(diǎn):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(jié)構(gòu)和特點(diǎn)；3、閉環(huán)系統(tǒng)的能控性和能觀性。§5—2極點(diǎn)配置問(wèn)題

主要知識(shí)點(diǎn):1、極點(diǎn)配置的基本概念；2、極點(diǎn)任意配置的條件；3、極點(diǎn)配置的設(shè)計(jì)方法。1ppt課件第五章主要內(nèi)容：§5—1線性反饋控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及其特性§5—3系統(tǒng)鎮(zhèn)定問(wèn)題主要知識(shí)點(diǎn):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(wèn)題主要知識(shí)點(diǎn):1、什么是解耦問(wèn)題；2、解耦的結(jié)構(gòu)形式；3、狀態(tài)反饋解耦結(jié)構(gòu)；4、狀態(tài)反饋能解耦的條件；5、狀態(tài)反饋解耦設(shè)計(jì)。2ppt課件§5—3系統(tǒng)鎮(zhèn)定問(wèn)題2ppt課件§5—5狀態(tài)觀測(cè)器主要知識(shí)點(diǎn):1、狀態(tài)觀測(cè)器、全維觀測(cè)器、降維觀測(cè)器的基本概念;2、觀測(cè)器存在的條件；3、全維觀測(cè)器的設(shè)計(jì)?！?—6利用狀態(tài)觀測(cè)器實(shí)現(xiàn)狀態(tài)反饋的系統(tǒng)

主要知識(shí)點(diǎn):1、利用狀態(tài)觀測(cè)器實(shí)現(xiàn)狀態(tài)反饋的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；2、主要特點(diǎn)（極點(diǎn)分離特性、等價(jià)性）；3、利用狀態(tài)觀測(cè)器實(shí)現(xiàn)狀態(tài)反饋的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。（觀測(cè)器反饋矩陣設(shè)計(jì)+狀態(tài)反饋矩陣設(shè)計(jì)）3ppt課件§5—5狀態(tài)觀測(cè)器3ppt課件【習(xí)題5－2】設(shè)系統(tǒng)狀態(tài)方程為【解】第一步：判斷能控性試設(shè)計(jì)一狀態(tài)反饋陣將其極點(diǎn)配置為滿秩，狀態(tài)反饋可實(shí)現(xiàn)極點(diǎn)的任意配置。第二步：化為能控標(biāo)準(zhǔn)I型4ppt課件【習(xí)題5－2】設(shè)系統(tǒng)狀態(tài)方程為【解】第一步：判斷能控性試設(shè)能控標(biāo)準(zhǔn)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(xiàng)式5ppt課件能控標(biāo)準(zhǔn)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(xiàng)第四步：求出期望的閉環(huán)特征多項(xiàng)式6ppt課件第四步：求出期望的閉環(huán)特征多項(xiàng)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(xí)題5－3】有系統(tǒng)（1）畫出模擬結(jié)構(gòu)圖；（2）若動(dòng)態(tài)性能不滿足要求，可否任意配置極點(diǎn)；（3）若指定極點(diǎn)為-3，-3，求狀態(tài)反饋矩陣?！窘狻浚?）系統(tǒng)模擬結(jié)構(gòu)圖如下8ppt課件【習(xí)題5－3】有系統(tǒng)（1）畫出模擬結(jié)構(gòu)圖；【解】（1）系統(tǒng)模滿秩，狀態(tài)反饋可實(shí)現(xiàn)極點(diǎn)的任意配置。設(shè)狀態(tài)反饋矩陣為（2）判斷狀態(tài)反饋可否任意配置極點(diǎn)；（3）若指定極點(diǎn)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(xiàng)式：9ppt課件滿秩，狀態(tài)反饋可實(shí)現(xiàn)極點(diǎn)的任意配置。設(shè)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(xiàng)式10ppt課件比較和求出【習(xí)題5－4】有系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為試問(wèn)可否利用狀態(tài)反饋將其傳遞函數(shù)變?yōu)槿粲锌赡?，試求狀態(tài)反饋矩陣，并畫出模擬結(jié)構(gòu)圖?！窘狻恳?yàn)橄到y(tǒng)的傳遞函數(shù)不存在零極點(diǎn)對(duì)消的情況，系統(tǒng)能控且能觀，狀態(tài)反饋能實(shí)現(xiàn)極點(diǎn)的任意配置，可其傳遞函數(shù)變?yōu)椋呵蚁喈?dāng)于閉環(huán)極點(diǎn)配置為：-2，-2，-311ppt課件【習(xí)題5－4】有系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為試問(wèn)可否利用狀態(tài)反饋將其傳遞系統(tǒng)的能控標(biāo)準(zhǔn)I型為：加入狀態(tài)反饋矩陣后的閉環(huán)特征多項(xiàng)式12ppt課件系統(tǒng)的能控標(biāo)準(zhǔn)I型為：加入狀態(tài)反饋矩陣后的閉環(huán)特征多項(xiàng)式12期望的閉環(huán)特征多項(xiàng)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(jié)構(gòu)圖如下：13ppt課件期望的閉環(huán)特征多項(xiàng)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(xí)題5－5】試判斷下列系統(tǒng)通過(guò)狀態(tài)反饋能否鎮(zhèn)定【解】系統(tǒng)通過(guò)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(guò)狀態(tài)反饋能鎮(zhèn)定15ppt課件【習(xí)題5－5】試判斷下列系統(tǒng)通過(guò)狀態(tài)反饋能否鎮(zhèn)定【解】系統(tǒng)通【解】系統(tǒng)通過(guò)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(dá)式是約旦標(biāo)準(zhǔn)型，利用約旦標(biāo)準(zhǔn)型能控性判據(jù)可知下列狀態(tài)是不能控的：因其特征值均為負(fù)值，所以是漸近穩(wěn)定的。故系統(tǒng)通過(guò)狀態(tài)反饋能否鎮(zhèn)定16ppt課件【解】系統(tǒng)通過(guò)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(xí)題5－7】設(shè)計(jì)一個(gè)前饋補(bǔ)償器，使系統(tǒng)解耦，且解耦后系統(tǒng)的極點(diǎn)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(bǔ)償器實(shí)現(xiàn)解耦，設(shè)解耦后系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為17ppt課件【習(xí)題5－7】設(shè)計(jì)一個(gè)前饋補(bǔ)償器，使系統(tǒng)解耦，且解耦后系統(tǒng)的則補(bǔ)償器的傳遞函數(shù)矩陣為：18ppt課件則補(bǔ)償器的傳遞函數(shù)矩陣為：18ppt課件【習(xí)題5－8】已知系統(tǒng)（1）判別系統(tǒng)能否利用狀態(tài)反饋實(shí)現(xiàn)解耦（2）設(shè)計(jì)狀態(tài)反饋使系統(tǒng)解耦，且極點(diǎn)為-1，-2，-3?！窘狻浚?）計(jì)算di19ppt課件【習(xí)題5－8】已知系統(tǒng)（1）判別系統(tǒng)能否利用狀態(tài)反饋實(shí)現(xiàn)解耦計(jì)算幾個(gè)矩陣不能用狀態(tài)反饋實(shí)現(xiàn)解耦（2）無(wú)法設(shè)計(jì)狀態(tài)反饋使系統(tǒng)解耦，并使極點(diǎn)為-1，-2，-3。20ppt課件計(jì)算幾個(gè)矩陣不能用狀態(tài)反饋實(shí)現(xiàn)解耦（2）無(wú)法設(shè)計(jì)狀態(tài)反饋使系【習(xí)題5－10】已知受控系統(tǒng)狀態(tài)空間表達(dá)式為試設(shè)計(jì)觀測(cè)器，使觀測(cè)器的極點(diǎn)為【解】觀測(cè)器期望的特征多項(xiàng)式觀測(cè)器的特征多項(xiàng)式：比較和求出反饋矩陣21ppt課件【習(xí)題5－10】已知受控系統(tǒng)狀態(tài)空間表達(dá)式為試設(shè)計(jì)觀測(cè)器，觀測(cè)器方程為：22ppt課件觀測(cè)器方程為：22ppt課件【習(xí)題5－11】已知系統(tǒng)狀態(tài)空間表達(dá)式為設(shè)狀態(tài)變量不能測(cè)取，設(shè)計(jì)全維和降維觀測(cè)器，使觀測(cè)器的極點(diǎn)為-3，-3?！窘狻坑^測(cè)器期望的特征多項(xiàng)式觀測(cè)器的特征多項(xiàng)式：23ppt課件【習(xí)題5－11】已知系統(tǒng)狀態(tài)空間表達(dá)式為設(shè)狀態(tài)變量比較和求出反饋矩陣全維觀測(cè)器方程為：求降維觀測(cè)器：令則狀態(tài)空間表達(dá)式變換為24ppt課件比較和求出降維觀測(cè)器方程為即有：特征多項(xiàng)式為期望特征多項(xiàng)式為所以：25ppt課件降維觀測(cè)器方程為即有：特征多項(xiàng)式為期望特征多項(xiàng)式為所以：25故降維觀測(cè)器方程為26ppt課件故降維觀測(cè)器方程為26ppt課件【習(xí)題5－13】設(shè)受控對(duì)象的傳遞函數(shù)為（1）設(shè)計(jì)狀態(tài)反饋矩陣，使閉環(huán)系統(tǒng)極點(diǎn)配置為（2）設(shè)計(jì)極點(diǎn)為-5的降維觀測(cè)器（3）按（2）的結(jié)果，求等效的反饋校正和串聯(lián)校正裝置【解】（1）受控對(duì)象的狀態(tài)空間表達(dá)式可寫為能觀標(biāo)準(zhǔn)II型設(shè)狀態(tài)反饋矩陣為不要求掌握該題,不做了!!!!!27ppt課件【習(xí)題5－13】設(shè)受控對(duì)象的傳遞函數(shù)為（1）設(shè)計(jì)狀態(tài)反饋矩陣第五章主要內(nèi)容：§5—1線性反饋控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及其特性主要知識(shí)點(diǎn):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(jié)構(gòu)和特點(diǎn)；3、閉環(huán)系統(tǒng)的能控性和能觀性?！?—2極點(diǎn)配置問(wèn)題

主要知識(shí)點(diǎn):1、極點(diǎn)配置的基本概念；2、極點(diǎn)任意配置的條件；3、極點(diǎn)配置的設(shè)計(jì)方法。28ppt課件第五章主要內(nèi)容：§5—1線性反饋控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及其特性§5—3系統(tǒng)鎮(zhèn)定問(wèn)題主要知識(shí)點(diǎn):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(wèn)題主要知識(shí)點(diǎn):1、什么是解耦問(wèn)題；2、解耦的結(jié)構(gòu)形式；3、狀態(tài)反饋解耦結(jié)構(gòu)；4、狀態(tài)反饋能解耦的條件；5、狀態(tài)反饋解耦設(shè)計(jì)。29ppt課件§5—3系統(tǒng)鎮(zhèn)定問(wèn)題2ppt課件§5—5狀態(tài)觀測(cè)器主要知識(shí)點(diǎn):1、狀態(tài)觀測(cè)器、全維觀測(cè)器、降維觀測(cè)器的基本概念;2、觀測(cè)器存在的條件；3、全維觀測(cè)器的設(shè)計(jì)?！?—6利用狀態(tài)觀測(cè)器實(shí)現(xiàn)狀態(tài)反饋的系統(tǒng)

主要知識(shí)點(diǎn):1、利用狀態(tài)觀測(cè)器實(shí)現(xiàn)狀態(tài)反饋的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；2、主要特點(diǎn)（極點(diǎn)分離特性、等價(jià)性）；3、利用狀態(tài)觀測(cè)器實(shí)現(xiàn)狀態(tài)反饋的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。（觀測(cè)器反饋矩陣設(shè)計(jì)+狀態(tài)反饋矩陣設(shè)計(jì)）30ppt課件§5—5狀態(tài)觀測(cè)器3ppt課件【習(xí)題5－2】設(shè)系統(tǒng)狀態(tài)方程為【解】第一步：判斷能控性試設(shè)計(jì)一狀態(tài)反饋陣將其極點(diǎn)配置為滿秩，狀態(tài)反饋可實(shí)現(xiàn)極點(diǎn)的任意配置。第二步：化為能控標(biāo)準(zhǔn)I型31ppt課件【習(xí)題5－2】設(shè)系統(tǒng)狀態(tài)方程為【解】第一步：判斷能控性試設(shè)能控標(biāo)準(zhǔn)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(xiàng)式32ppt課件能控標(biāo)準(zhǔn)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(xiàng)第四步：求出期望的閉環(huán)特征多項(xiàng)式33ppt課件第四步：求出期望的閉環(huán)特征多項(xiàng)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(xí)題5－3】有系統(tǒng)（1）畫出模擬結(jié)構(gòu)圖；（2）若動(dòng)態(tài)性能不滿足要求，可否任意配置極點(diǎn)；（3）若指定極點(diǎn)為-3，-3，求狀態(tài)反饋矩陣?！窘狻浚?）系統(tǒng)模擬結(jié)構(gòu)圖如下35ppt課件【習(xí)題5－3】有系統(tǒng)（1）畫出模擬結(jié)構(gòu)圖；【解】（1）系統(tǒng)模滿秩，狀態(tài)反饋可實(shí)現(xiàn)極點(diǎn)的任意配置。設(shè)狀態(tài)反饋矩陣為（2）判斷狀態(tài)反饋可否任意配置極點(diǎn)；（3）若指定極點(diǎn)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(xiàng)式：36ppt課件滿秩，狀態(tài)反饋可實(shí)現(xiàn)極點(diǎn)的任意配置。設(shè)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(xiàng)式37ppt課件比較和求出【習(xí)題5－4】有系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為試問(wèn)可否利用狀態(tài)反饋將其傳遞函數(shù)變?yōu)槿粲锌赡?，試求狀態(tài)反饋矩陣，并畫出模擬結(jié)構(gòu)圖?！窘狻恳?yàn)橄到y(tǒng)的傳遞函數(shù)不存在零極點(diǎn)對(duì)消的情況，系統(tǒng)能控且能觀，狀態(tài)反饋能實(shí)現(xiàn)極點(diǎn)的任意配置，可其傳遞函數(shù)變?yōu)椋呵蚁喈?dāng)于閉環(huán)極點(diǎn)配置為：-2，-2，-338ppt課件【習(xí)題5－4】有系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為試問(wèn)可否利用狀態(tài)反饋將其傳遞系統(tǒng)的能控標(biāo)準(zhǔn)I型為：加入狀態(tài)反饋矩陣后的閉環(huán)特征多項(xiàng)式39ppt課件系統(tǒng)的能控標(biāo)準(zhǔn)I型為：加入狀態(tài)反饋矩陣后的閉環(huán)特征多項(xiàng)式12期望的閉環(huán)特征多項(xiàng)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(jié)構(gòu)圖如下：40ppt課件期望的閉環(huán)特征多項(xiàng)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(xí)題5－5】試判斷下列系統(tǒng)通過(guò)狀態(tài)反饋能否鎮(zhèn)定【解】系統(tǒng)通過(guò)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(guò)狀態(tài)反饋能鎮(zhèn)定42ppt課件【習(xí)題5－5】試判斷下列系統(tǒng)通過(guò)狀態(tài)反饋能否鎮(zhèn)定【解】系統(tǒng)通【解】系統(tǒng)通過(guò)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(dá)式是約旦標(biāo)準(zhǔn)型，利用約旦標(biāo)準(zhǔn)型能控性判據(jù)可知下列狀態(tài)是不能控的：因其特征值均為負(fù)值，所以是漸近穩(wěn)定的。故系統(tǒng)通過(guò)狀態(tài)反饋能否鎮(zhèn)定43ppt課件【解】系統(tǒng)通過(guò)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(xí)題5－7】設(shè)計(jì)一個(gè)前饋補(bǔ)償器，使系統(tǒng)解耦，且解耦后系統(tǒng)的極點(diǎn)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(bǔ)償器實(shí)現(xiàn)解耦，設(shè)解耦后系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為44ppt課件【習(xí)題5－7】設(shè)計(jì)一個(gè)前饋補(bǔ)償器，使系統(tǒng)解耦，且解耦后系統(tǒng)的則補(bǔ)償器的傳遞函數(shù)矩陣為：45ppt課件則補(bǔ)償器的傳遞函數(shù)矩陣為：18ppt課件【習(xí)題5－8】已知系統(tǒng)（1）判別系統(tǒng)能否利用狀態(tài)反饋實(shí)現(xiàn)解耦（2）設(shè)計(jì)狀態(tài)反饋使系統(tǒng)解耦，且極點(diǎn)為-1，-2，-3?！窘狻浚?）計(jì)算di46ppt課件【習(xí)題5－8】已知系統(tǒng)（1）判別系統(tǒng)能否利用狀態(tài)反饋實(shí)現(xiàn)解耦計(jì)算幾個(gè)矩陣不能用狀態(tài)反饋實(shí)現(xiàn)解耦（2）無(wú)法設(shè)計(jì)狀態(tài)反饋使系統(tǒng)解耦，并使極點(diǎn)為-1，-2，-3。47ppt課件計(jì)算幾個(gè)矩陣不能用狀態(tài)反饋實(shí)現(xiàn)解耦（2）無(wú)法設(shè)計(jì)狀態(tài)反饋使系【習(xí)題5－10】已知受控系統(tǒng)狀態(tài)空間表達(dá)式為試設(shè)計(jì)觀測(cè)器，使觀測(cè)器的極點(diǎn)為【解】觀測(cè)器期望的特征多項(xiàng)式觀測(cè)器的特征多項(xiàng)式：比較和求出