基于状态空间模型的闭环系统极点配置设计详解

本章节主要探讨了基于状态空间模型的极点配置设计方法，这是计算机控制系统设计中的一种关键策略。首先，从连续s传递函数和离散z传递函数的角度，介绍传递函数模型在模拟化和离散化设计中的应用，如根轨迹分析和频率法。这些方法主要用于系统性能优化和稳定性分析。 状态空间模型是系统内部描述的核心工具，它提供了输入、输出与内部状态之间关系的直观理解。连续系统中的状态空间模型通过极点配置来实现控制规律设计，如极点位置的选择可以影响系统的稳定性、响应速度和动态性能。同样，离散系统模型也采用极点配置，同时考虑最优性能。 对于状态可测的情况，设计控制律时会根据所需的闭环系统极点进行，这有助于确保系统的动态特性符合预期。观测器的设计也是这一过程的一部分，通过调整观测器结构以达到特定的极点配置，从而改善系统的可观性和估计能力。 当系统状态不可观测时，控制器的设计更为复杂，可能需要借助其他技术，如奇异值分解或卡尔曼滤波，以补偿信息的缺失。此外，对于随动系统，状态空间模型在设计随动控制策略时也发挥着重要作用。 状态空间描述的基本概念包括状态和状态变量的定义，状态变量是描述系统状态的关键，而状态向量则是将这些变量组织成一个向量形式，便于数学处理。通过状态空间模型，系统动态过程的内部结构得以清晰展示，这对于控制器设计至关重要。 总结来说，本章内容涵盖了状态空间模型的理论基础、系统能控性和能观性分析，以及如何利用极点配置这一核心设计方法来优化不同类型的控制系统，包括连续和离散系统，以及可测与不可测状态下的控制器和观测器设计。这是一项深入理解并应用于实际工程问题的重要技能。