第六章 状态反馈和状态观测器 1
1 第六章 状态反馈和状态观测器
6.1引言 (1)研究自动控制系统有三大命题：模型、分析和综合。 前面几章讨论的是线性系统数学模型的建立，以及系统的分 析问题，本章讨论系统的综合。 系统的综合也称系统的设计问题，与系统分析相反，它是在 给定系统基本结构、参数的前提下，设计一种控制器，它产 生的控制作用能使系统达到期望的性能。 (②)反馈控制：由系统的参考输入与反馈信号共同对系统产生 控制作用。对于系统抗干扰和抗参数变动等方面均有较强的作 用，被广泛应用。 。输出反馈：反馈信号取之于系统输出的控制方式。 。状态反馈：在状态空间描述中，反馈信号取之于系统状态的 控制方式。由于系统的状态包含了系统的所有重要信息，无疑 将会获得更好的控制性能。 2
2 6.1 引 言 ⑴ 研究自动控制系统有三大命题：模型、分析和综合。 系统的综合也称系统的设计问题，与系统分析相反，它是在 给定系统基本结构、参数的前提下，设计一种控制器，它产 生的控制作用能使系统达到期望的性能。 前面几章讨论的是线性系统数学模型的建立，以及系统的分 析问题，本章讨论系统的综合。 ⑵ 反馈控制：由系统的参考输入与反馈信号共同对系统产生 控制作用。对于系统抗干扰和抗参数变动等方面均有较强的作 用，被广泛应用。 输出反馈：反馈信号取之于系统输出的控制方式。 状态反馈：在状态空间描述中 ，反馈信号取之于系统状态的 控制方式。由于系统的状态包含了系统的所有重要信息，无疑 将会获得更好的控制性能。
图6-1是系统控制作用u由 状态反馈和参考作用组成 系统 (A,B,C,D) 的结构方块图。 -Kx 3)状态观测器 图6-1 状态反馈可实现的条件 控制器 K 是系统的状态x是可量测的 ，实际系统中有的状态是难 以直接量测到的。有的系统 系统 状态纯粹是数学量，此时系 (A,B,C,D) 统的状态是无法用物理仪器 量测的。 状态观测器 状态观测器：用装置重构 图6-2 系统的状态：，从重构的 状态引出反馈陀（图6一2）。 控制器 K 3
3 图6-1是系统控制作用 由 状态反馈和参考作用组成 的结构方块图。 u ⑶ 状态观测器 状态反馈可实现的条件 是系统的状态 是可量测的 ，实际系统中有的状态是难 以直接量测到的。有的系统 状态纯粹是数学量，此时系 统的状态是无法用物理仪器 量测的。 x （ ） 系 统 A,B,C,D K 控制器x r Kx u y 图6-1 状态观测器 K 控制器xˆ r Kxˆ u (A,B,C,D) 系 统 y 状态观测器：用装置重构 图6-2 系统的状态 ，从重构的 状态引出反馈 (图6－2)。 xˆ Kxˆ
状态反馈和状态观测器的理论和方法是现代控制理论基础中系 统设计的主要 内容。 (4)本章主要内容 。状态反馈：线性定常系统状态反馈对系统的影响 状态反馈可任意配置系统极，点的条件和计算方法 ●状态观测器：状态观测器能重构状态的条件和设计方法 。用求解西尔维斯特方程的方法设计状态反馈和状态观测器 状态反馈的应用：系统的镇定、系统解耦和无静差跟踪系统 的综合问题 。线性二次型最优控制的理论设计控制器的方法 4
4 状态反馈：线性定常系统状态反馈对系统的影响 状态反馈和状态观测器的理论和方法是现代控制理论基础中系 统设计的主要 内容。 ⑷ 本章主要内容 状态反馈可任意配置系统极点的条件和计算方法 状态观测器：状态观测器能重构状态的条件和设计方法 用求解西尔维斯特方程的方法设计状态反馈和状态观测器 状态反馈的应用：系统的镇定 、系统解耦和无静差跟踪系统 的综合问题 线性二次型最优控制的理论设计控制器的方法
6.2反馈系统的状态空间描述 一心 图6-3状态反馈系统的结构图 5
5 6.2 反馈系统的状态空间描述 A－K B r u y C x －Kx 图6-3 状态反馈系统的结构图