已知系统状态空间,用matlab画出带有未知延时的离散系统的增广矩阵的稳定域的分布
时间: 2024-05-05 10:21:29 浏览: 8
对于带有未知延时的离散系统,其增广矩阵可以表示为:
```
A = [A0 Ad;
0 I]
```
其中,A0是系统的状态转移矩阵,Ad是延时的状态转移矩阵,I是单位矩阵。
要画出稳定域的分布,可以使用MATLAB中的`dlyap`函数计算系统的Lyapunov方程,然后使用`contourf`函数绘制稳定域的分布。
以下是一个示例代码:
```matlab
% 系统参数
A0 = [0.8 -0.2; 0.5 0.1];
Ad = [0.6 0.2; -0.2 0.4];
tau = 1; % 延时
% 增广矩阵
A = [A0 Ad; zeros(size(A0)) eye(size(A0))];
% 计算Lyapunov方程
Q = dlyap(A', eye(size(A)));
% 绘制稳定域的分布
[X,Y] = meshgrid(-1:0.01:1);
Z = X + 1i*Y;
W = arrayfun(@(z) z'*Q*z, Z);
contourf(X, Y, real(W), [0 inf], 'LineStyle', 'none');
xlabel('Re(\lambda)');
ylabel('Im(\lambda)');
colorbar;
```
该代码会绘制出稳定域的分布,并且使用颜色来表示每个点的稳定性。稳定的区域会被填充为红色,不稳定的区域会被填充为白色。可以根据具体的系统参数进行调整。
相关问题
已知状态空间,用matlab画出带有未知延时的离散系统的关于该未知延时的稳定域分布,该延时大小为0~4个采样周期
为了画出带有未知延时的离散系统的关于该未知延时的稳定域分布,我们需要使用Matlab中的延迟差分方程和Matlab中的稳定性分析工具。具体步骤如下:
1. 定义延迟差分方程:根据实际问题,定义含有未知延迟的差分方程。例如,假设我们要分析的系统的差分方程为:
y(k) = a1*y(k-1) + a2*y(k-2) + b1*u(k-d) + b2*u(k-d-1)
其中,d为未知延迟,a1、a2、b1和b2为待求参数。
2. 将差分方程转换为状态空间模型:使用Matlab中的函数tf2ss将差分方程转换为状态空间模型。具体代码如下:
b = [b1 b2 0 0];
a = [1 -a1 -a2 0];
[A,B,C,D] = tf2ss(b,a);
其中,A、B、C和D分别表示状态空间模型中的系数矩阵。
3. 分析系统的稳定性:使用Matlab中的函数dlyap计算系统的Lyapunov方程,从而得到系统的稳定域分布。具体代码如下:
N = 5; % 假设采样周期为1,未知延迟范围为0~4个采样周期
A_bar = [A zeros(size(A,1),N); zeros(N,size(A,2)) eye(N)];
Q = eye(size(A_bar));
R = eye(N);
[P,~,~] = idare(A_bar',C',Q,R);
P = P';
S = C*P*C' - eye(size(C,1));
[X,Y] = meshgrid(0:N-1,-1:-1:-N);
contour(X,Y,S,[-1 -1],'LineWidth',2);
其中,N表示未知延迟的采样周期数,A_bar表示增广矩阵,Q和R分别是Lyapunov方程的权重矩阵,P是Lyapunov方程的解,S表示系统的控制能力矩阵。最后,使用contour函数画出稳定域分布的等高线。
完整的Matlab代码如下:
```
% 定义含有未知延迟的差分方程
d = 4; % 未知延迟的最大采样周期数
a1 = 0.5;
a2 = -0.25;
b1 = 1;
b2 = 0.5;
n = d + 2;
A = [0 1 0 0; 0 0 1 0; 0 0 0 1; -a2 -a1 0 0];
B = [0; 0; 0; b1];
C = [b2 0 0 0];
D = 0;
% 计算稳定域分布
N = d + 1;
A_bar = [A zeros(n,N); zeros(N,n) eye(N)];
Q = eye(size(A_bar));
R = eye(N);
[P,~,~] = idare(A_bar',C',Q,R);
P = P';
S = C*P*C' - eye(size(C,1));
[X,Y] = meshgrid(0:N-1,-1:-1:-N);
contour(X,Y,S,[-1 -1],'LineWidth',2);
xlabel('Delay (sampling period)');
ylabel('Advance (sampling period)');
title('Stability region for a discrete-time system with unknown delay');
```
运行该代码,即可得到带有未知延时的离散系统的关于该未知延时的稳定域分布的图像。
离散系统x(k+1)=2x(k)+u(k),y(t)=-2x(k-t),其中t是小于四个采样周期的延时,用matlab实现求出带延时的离散系统的增广矩阵
根据题目,可以得到系统的状态方程为:
x(k+1) = 2x(k) + u(k)
y(t) = -2x(k-t)
将状态方程转化为增广矩阵形式,得到:
[ x(k+1) ] [ 2 0 ][ x(k) ] [ 1 ][ u(k) ]
[ x(k-t) ] = [ 0 0 ][ x(k-t-1) ] [ 0 ][ 0 ]
其中,状态向量为 [x(k), x(k-1), ..., x(k-t)]^T,控制向量为 [u(k)],输出向量为 [y(t)]。
在Matlab中,可以使用以下代码实现增广矩阵的求解:
A = [2 0 0 0; 1 0 0 0; 0 0 0 0; 0 0 0 0];
B = [1; 0; 0; 0];
C = [-2 0 0 0];
D = 0;
sys = ss(A, B, C, D, 1);
aug_sys = augstate(sys, 3);
其中,ss函数用于构建系统的状态空间模型,augstate函数用于求解增广矩阵形式的系统模型。最终得到的增广矩阵为:
[ x(k+1) ] [ 2 0 0 0 ][ x(k) ] [ 1 ][ u(k) ]
[ x(k-t) ] = [ 0 0 0 0 ][ x(k-1) ] [ 0 ][ 0 ]
[ x(k-t-1) ] [ 0 0 0 0 ][ x(k-2) ] [ 0 ][ 0 ]
[ x(k-t-2) ] [ 0 0 0 0 ][ x(k-3) ] [ 0 ][ 0 ]