计算机控制系统：形状空间设计与观测器构建

"该资源是一个关于计算机控制系统的状态空间设计的32页PPT，主要讨论了形状空间设计方法，包括形状观测器的设计以及降维形状观测器的设计。内容涵盖了系统可观测性检查、 Ackerman算法的应用、极点配置、控制代价的量化以及混沌电路中的应用示例，如蔡氏电路的同步和混沌特性分析。" 在计算机控制系统中，状态空间设计是一种重要的理论与实践方法，它通过建立系统的状态方程来分析和设计控制器。本PPT详细讲解了如何利用形状空间设计方法来优化控制系统的性能。 首先，介绍的是形状观测器的设计，它的主要作用是为系统提供控制输入，以达到期望的控制效果。设计时需要考虑观测器的动态过程必须比系统本身快，以确保能够及时获取准确的状态信息。方法一是通过解联立方程来求得形状反应增益向量，适用于低阶系统的控制设计。方法二是利用能控规范型和Ackerman算法，这是一种常用的MATLAB程序实现方式，用于计算观测器的增益矩阵。在MATLAB程序中，会先检查系统的可观测性，然后进行观测器的设计。 接着，PPT提到了具有形状观测器的极点配置，将2n维闭环系统的极点分为两部分，一部分是系统自身的极点，另一部分是观测器的极点。设计的目标是调整这些极点的位置，以满足特定的控制性能要求。同时，控制过程中的能量消耗可以通过控制量的加权平方和来定量表示，这反映了控制的代价。 此外，PPT还探讨了性能指标的确定，例如偏差平方积分目的，其值越小代表控制性能越好。在MATLAB程序中，可以根据这些性能指标和权矩阵来进一步优化观测器的特征多项式。 混沌电路，特别是蔡氏电路，作为示例被引入，以展示形状观测器方法在实际系统中的应用。通过耦合和同步方法，可以分析混沌电路的复杂行为，并设计相应的形状观测器来实现混沌同步。 总结来说，这个PPT详细阐述了计算机控制系统的状态空间设计，尤其是形状观测器的设计及其在混沌电路中的应用，为理解和实现高性能控制系统提供了理论基础和实用技巧。对于理解和掌握控制系统设计，特别是高阶或非线性系统的控制，这一资源是非常有价值的。