机械工程现代控制理论西安交通大学Modern Control Theoryof Mechanical EngineeringXIANJAOTONG UNIVERSITY第七章#随机系统参数估计与自校正控制
西 安 交 大 机械 学 院 1 第七章 随机系统参数估计与自 校正控制 机械工程现代控制理论 Modern Control Theory of Mechanical Engineering
随机系统参数估计与自校正控制2状态估计（StateEstimation）根据可获取的量测数据估算动态系统内部状态的方法。对系统的输入和输出进行测量而得到的数据只能反映系统的外部特性，而系统的动态规律需要用内部（通常无法直接测量）状态变量来描述。因此状态估计对于了解和控制一个系统具有重要意义。状态观测器（StateObserver/Estimator）在真实控制系统的各状态变量无法直接测量得到的情况下，如果系统是“可观测”的，那么可以设计构造一个动态方程，利用原系统的输入和输出信息来估计系统各状态变量的取值。西安交大机械学
西 安 交 大 机械 学 院 2 u 状态估计（State Estimation） §根据可获取的量测数据估算动态系统内部状态的方法。 对系统的输入和输出进行测量而得到的数据只能反映系 统的外部特性，而系统的动态规律需要用内部（通常无 法直接测量）状态变量来描述。因此状态估计对于了解 和控制一个系统具有重要意义。 u 状态观测器（State Observer/Estimator） §在真实控制系统的各状态变量无法直接测量得到的情况 下，如果系统是“可观测”的，那么可以设计构造一个 动态方程，利用原系统的输入和输出信息来估计系统各 状态变量的取值。 随机系统参数估计与自校正控制
随机系统参数估计与自校正控制2系统观测器存在性定理xu+B文-XB遗憾的是“开环观测器”在工程中并不实用。原因在于数学模型只是现实动态系统的模拟，是一种理想化的、简化的描述：系统在实际运行中还会混入各种干扰和噪声：系统参数也会发生变化：系统的初始状态一般也很难给出一致的描述。所以将激励信号简单代入数学模型中计算出的数值，往往与实际情况有很大的偏差。西安交大机械学
西 安 交 大 机械 学 院 3 u 系统观测器存在性定理 §遗憾的是“开环观测器”在工程中并不实用。原因在于 数学模型只是现实动态系统的模拟，是一种理想化的、 简化的描述；系统在实际运行中还会混入各种干扰和噪 声；系统参数也会发生变化；系统的初始状态一般也很 难给出一致的描述。所以将激励信号简单代入数学模型 中计算出的数值，往往与实际情况有很大的偏差。 随机系统参数估计与自校正控制
随机系统参数估计与自校正控制?系统观测器存在性定理真实系统的输出信号与观测器的输出信号之间的偏差为y-y= C[x-刘]■我们构造一个矩阵H，利用偏差值（y一y）对开环状态观测器进行修正，观测器的状态方程变成：=Ax+Bu+H(y-y)将=C代入可得观测器的状态空间表达为：(x = Ax + Bu + H(y - y) = (A - HC)x + Bu + Hyy=Cx西安交大机械学
西 安 交 大 机械 学 院 4 u 系统观测器存在性定理 §真实系统的输出信号与观测器的输出信号之间的偏差为 §� − � = �[� − �] §我们构造一个矩阵�，利用偏差值(� − �)对开环状态观 测器进行修正，观测器的状态方程变成： §� = �� + �� + �(� − �) §将� = ��代入可得观测器的状态空间表达为： § � = �� + �� + �(� − �) = (� − ��)� + �� + �� � = �� 随机系统参数估计与自校正控制
随机系统参数估计与自校正控制5系统观测器存在性定理就构成了一个修正后的闭环状态观测器。由于从状态观测器得到的文与原系统状态变量x的维数相同，所以通常称为全维状态观测器，如图4.2.2所示。Xxu+BCAHxXyCB状态估计全维状态观测器西安交大机械学
西 安 交 大 机械 学 院 5 u 系统观测器存在性定理 §就构成了一个修正后的闭环状态观测器。由于从状态观 测器得到的�与原系统状态变量�的维数相同，所以通常 称为全维状态观测器，如图4.2.2所示。 随机系统参数估计与自校正控制 全维状态观测器 状态估计