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现代控制理论-第三章-传递矩阵的实现问题

* 首页 上页 下页 末页 结束 自动控制理论 * 3.8 传递函数矩阵的实现问题 一、实现问题的 基本概念 给定传递函数阵W(s),若有状态空间表达式 使之成立 则称该状态空间表达式为传递函数阵W(s)的一个实现。 可实现条件: (1) 中每个元 的分子分母多项式系数均为实常数。 (2) 的元 是真有理分式。 说明: 真有理分式:分子多项式的阶数低于或等于分母的阶数。 严格真有理分式:分子多项式的阶数低于分母的阶数。 * 当传递函数阵 中所有元的分子多项式阶数低于分母多项式的阶数时,则必有 当传递函数阵 中哪怕只有一个元的分子多项式阶数等于分母多项式的阶数时,则 ,且 此时,应先由 得到 再实现 【例3-8】 * 二、能控标准型实现和能观标准型实现 先把严格真有理分式的传递函数写成如下形式: 这里, 则其能控标准型实现为: 该传递函数阵的特征多项式系数 m×r维常数阵 * r×r维单位阵 r×r维零阵 * 其能观标准型实现为: m×m维单位阵 m×m维零阵 * 【例3-9】求 的能控标准型实现和能观标准型实现。 解: * 所以: 直接写出其能控标准型如下: * 能观标准型如下: * 三、最小实现 1、最小实现的定义 传递函数W(s)的一个实现: 如果不存在其它实现 使得 的维数小于X的维数,则称X实现为最小实现。 即无穷多个实现中维数最小的那个实现。 2、寻求最小实现的步骤 传递函数W(s)的一个实现 为最小实现的充要条件是: 既是能控的又是能观的。 (1)对于给定的W(s),初选一种实现 ,一般选取能控标准型或能观标准型。 (2)对 ,找出其能控且能观的部分 * 那么此实现就是最小实现。 【例3-10】试求传递函数阵的最小实现。 解:将W(s)写成标准形式: 由于m=1,r=2,n=3(为传递函数阵特征多项式的阶数)能控型实现为nr=6维,能观型实现维mn=3维,故宜采用能观标准型实现。 * 判断 的能控性(因为是能观标准型,所以肯定能观,只需检验能控性)。 能控! 所以 为其最小实现。 * 3.9 零极点对消与能控性和能观性之间的关系 对于SISO系统,系统能控能观的充要条件是传递函数的分子分母间没有零极点对消。对MIMO系统,没有零极点对消只是最小实现的充分条件,而非必要条件,及时出现零极点对消,系统仍然可能是能控能观的。 证明见教材p136 如果传递函数中出现了零极点对消,系统肯定不是能控且能观的,但是到底是不能控,还是不能观,或者是既不能控也不能观的,仍然不能确定。 比如,对于传递函数 它可以有以下三种实现: (1) * 该实现是能控但不能观的。其结构图如下图a): (2) 该实现是能观但不能控的,结构图如b)所示。 * (3) 该实现是既不能控也不能观的,结构图如c)所示。 * 本章小结和作业 1、能控性、能观性的概念 2、能控性、能观性的判据 3、能控性、能观性的对偶原理 4、能控标准型和能观标准型 5、结构分解 6、实现问题 作业:3-1(1),(3), 3-3(2), 3-4, 3-6, 3-7, 3-8, 3-9, 3-11(1), 3-12(1), 3-15 * 首页 上页 下页 末页 结束 自动控制理论

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