基于状态空间模型的极点配置设计详解及应用

本章节主要探讨的是"基于状态空间模型的极点配置设计方法"，这是在计算机控制系统设计领域中常用的一种策略。首先，作者从连续和离散的角度介绍了两种传递函数模型，分别是连续的s域传递函数模型（如根轨迹和频率法），以及离散的z域传递函数模型（涉及模拟化和离散化设计方法，特别是极点配置）。传递函数模型是系统外部描述，关注输入与输出的因果关系，而状态空间模型则是内部描述，它描述了系统输入、输出与内部状态的关系，通过状态方程和输出方程来刻画。 状态空间模型的核心概念包括状态和状态变量，前者代表系统在时间域的行为，一组独立且数目最少的变量构成状态；后者则是这些变量的集合，用向量形式表示，如状态向量x(t) = [x1(t), x2(t), ..., xn(t)]T。状态空间模型提供了深入理解系统内部动态机制的工具。 在控制器设计部分，本章涵盖了以下几个关键点： 1. **状态空间描述的基本概念**：阐述了状态和状态向量的定义，强调它们在描述系统动态过程中的作用。 2. **系统的能控性与能观性**：讨论了系统是否能够通过输入完全控制其状态（能控性）和通过测量完全观察其状态（能观性）的重要性。 3. **状态可测时的极点配置设计**：当系统状态可以被测量时，如何根据设计目标调整系统的极点位置来优化性能，如控制律的设计。 4. **极点配置设计观测器**：针对状态不可测的情况，介绍如何通过设计观测器来估计缺失的状态信息，并结合极点配置进行控制。 5. **状态不可测时控制器设计**：针对这种复杂情况，可能需要更复杂的控制策略，如采用补偿方法或者状态反馈。 6. **随动系统设计**：对于动态环境中需要跟随参考信号的系统，也会涉及到特殊的极点配置设计策略。 这一章节提供了一套完整的基于状态空间模型的控制器设计方法，涵盖了理论基础到实际应用，旨在帮助读者理解和掌握如何利用状态空间模型有效地配置系统的动态特性。