6-5 状态观测器.ppt

线性系统综合
目录(1/1)
目录
概述
状态反馈与输出反馈
反馈控制与极点配置
系统镇定
系统解耦
状态观测器
带状态观测器的闭环控制系统
Matlab问题
本章小结
状态观测器(1/4)
状态观测器
前面已指出,对状态能控的线性定常系统,可以通过线性状态反馈来进行任意极点配置,以使闭环系统具有所期望的极点及性能品质指标。
但是,由于描述内部运动特性的状态变量有时并不是能直接测量的,更甚者有时并没有实际物理量与之直接相对应而为一种抽象的数学变量。
在这些情况下,以状态变量作为反馈变量来构成状态反馈系统带来了具体工程实现上的困难。
为此,人们提出了状态变量的重构或观测估计问题?
状态观测器(2/4)
所谓的状态变量的重构或观测估计问题,即设法另外构造一个物理可实现的动态系统,
它以原系统的输入和输出作为它的输入,
而它的状态变量的值能渐近逼近原系统的状态变量的值或者其某种线性组合,
则这种渐近逼近的状态变量的值即为原系统的状态变量的估计值,
并可用于状态反馈闭环系统中代替原状态变量作为反馈量来构成状态反馈律。
这种重构或估计系统状态变量值的装置称为状态观测器,它可以是由电子、电气等装置构成的物理系统,亦可以是由计算机和计算模型及软件来实现的软系统。
状态观测器(3/4)
状态观测器指不考虑噪声干扰下状态值的观测或估计问题,即所有测量值都准确无差且原系统内外部无噪声干扰。
对于存在噪声干扰时的状态观测或估计问题,则可用卡尔曼滤波器理论来分析讨论(最优估计)。
本节主要讨论状态观测器理论。
重点掌握:
状态观测器的结构、
误差分析、
设计方法,以及
带状态观测器的状态反馈闭环系统的分析。
状态观测器(4/4)
讨论的主要问题:
1. 基本概念: 状态观测器
2. 基本方法: 状态观测器设计方法、误差分析方法、带状态观测器的闭环系统分析方法。
讲授的顺序为:
全维状态观测器及其设计方法
降维状态观测器及其设计方法
由于线性定常离散系统状态空间模型以及能观性判据的类同性,因此本节讨论的概念和方法也可推广到线性定常离散系统的状态观测问题。
全维状态观测器及其设计方法(1/1)
全维状态观测器及其设计方法
下面分别介绍
开环状态观测器
渐近状态观测器
开环状态观测器(1/6)
1. 开环状态观测器
设线性定常连续系统的状态空间模型为(A,B,C),即为
在这里设系统的系统矩阵A、输入矩阵B和输出矩阵C都已知。
这里的问题是:
若状态变量x(t)不能完全直接测量到,如何构造一个系统随时估计该状态变量x(t)。
开环状态观测器(2/6)
对此问题一个直观想法是:
利用仿真技术来构造一个和被控系统有同样动力学性质(即有同样的系数矩阵A,B和C)的如下系统来重构被控系统的状态变量:
其中为被控系统状态变量x(t)的估计值。
开环状态观测器(3/6)
该状态估计系统称为开环状态观测器,
图6-8 开环状态观测器的结构图
其结构如下图所示。
简记为