基于形状空间模型的极点配置设计方法详解

本资源是一份关于计算机控制系统第四章的详细文档，共44张幻灯片，主要讨论了基于形状空间模型的极点配置设计方法。章节内容涵盖以下几个关键知识点： 1. 延续控制对象模型的离散化：分为不带延时和包含延时两种情况，这是控制理论中的基础步骤，通过对连续系统进行离散化，以便于在数字环境下进行设计。 2. 矩阵指数及其积分的计算：这些数学工具在控制系统设计中扮演重要角色，用于分析系统动态行为，如系统的响应特性。 3. 按极点配置设计控制规律：通过精确设置系统闭环的控制极点位置，可以优化系统的稳定性、响应速度等性能指标。设计时需考虑控制极点的实际实现效果。 4. 观测器设计：包括预告观测器、现时观测器和降阶观测器。观测器的设计旨在改善系统的可观性和准确性，但观测器极点的位置会直接影响系统的性能，需要谨慎选择。 - 预告观测器：适用于计算延时较大或测量精度高的情况。 - 现时观测器：处理实时数据，确保信息及时更新。 - 降阶观测器：适合测量变量与状态变量有明确关系的场景。 4.4 控制器设计问题： - 确保设计出的控制规律能满足预期的性能，即所设定的n个控制极点能在实际闭环系统中保持不变。 - 分析控制极点（主导极点）和观测器极点的关系，前者决定系统的主要性能，后者可能影响系统性能，需要合理配置以减小负面影响。 5. 极点配置设计步骤： - 按照性能需求确定n个控制极点。 - 设计相应的控制律L。 - 观测器极点的选择取决于测量误差和噪声水平： - 全阶观测器：n个极点；降阶观测器：n-1个极点。 - 对于高精度测量，观测器极点可以放置在原点以提高跟随速度。 - 在存在噪声的情况下，观测器极点应配置得比控制极点的响应速度更快。 6. 观测器类型选择： - 根据测量准确性、延时和计算资源，选择合适的观测器类型，如降阶观测器、预告观测器等。 总结来说，本资源深入探讨了如何利用极点配置来优化计算机控制系统的设计，涉及到系统模型的离散化、数学工具的应用、以及观测器在提升系统性能中的关键作用。理解和掌握这些内容对于实际控制系统的设计和调试至关重要。