天津大学 现代控制理论 第1章 控制系统的状态空间表达式课件

1、第一章控制系统状态空间表示，现代控制理论，第一章学习通信PPT，本章的结构第一章是系统的状态空间表达式1.1状态变量和状态空间表达式1.2状态空间表达式的模拟结构图1.3状态空间表达式的生成(1) 1.4状态空间表达式的生成(2) 1.5状态变量的线性变换1.6状态空间表达式中传递函数1.7离散时间系统的状态空间表达式1 2、学习伪PPT、1.1状态变量和状态空间表达式、1状态、过去、现在和将来的系统状态说明、2状态变量、足以表征系统行为状态最小数量的变量集状态变量、由注1.1-1: n阶微分方程描述的系统、有n个独立变量以及对n个独立变量的时间响应的系统行为，例如，微分方程：注1.1-2:状

2、态变量的个数等于系统独立能量存储元素的个数。3，学习通信PPT，1.1状态变量和状态空间表达式，3状态矢量，n状态变量显示为，并且这些状态被视为的组件时，状态矢量：4状态空间，以状态变量为坐标轴的n维空间称为状态空间。状态空间描述了一段时间内称为状态轨迹的轨迹。4，学习AC PPT，1.1状态变量和状态空间表达式，5状态表达式，一阶微分方程组，描述系统状态和输入的关系：6输出表达式，描述系统输出和状态，输入的关系的表达式：7状态空间表达式，状态表达式输出表达式，配置系统范围的动态说明：5所以我选择通过电容c双端电压和电感l的电流。6，学习交换PPT，1.1状态变量和状态空间表达式，2列是一阶微

3、分方程，示例1.1-1 回答，3列写状态方程和输出方程，(1)状态方程，7，学习交换PPT，1.1状态直接传输矩阵、输出向量、输出矩阵、状态向量、输入向量、9、学习AC PPT、1.1状态变量和状态空间表达式、8状态空间表达式的正则格式、(1)SISO、(2)MIMO、10、 因此，状态空间表达式是系统的完整说明。11，学习通信PPT，本章的结构第一章是系统的状态空间表达式1.1状态变量和状态空间表达式1.2状态空间表达式的模拟结构图1.3状态空间表达式的生成(1) 1.4状态空间表达式的生成(2) 1.5状态变量的线性变换1.6状态空间表达式中的传递函数1.7离散时间系统的状态空间表达式控制

4、系统和非线性系统的状态空间表达式1.8小时更改系统，以及，2 3种基本框图、13、学习AC PPT、1.2状态空间表达式模拟结构图、示例1.2-1将第一系统状态方程设置为状态图。范例1.2-2表示第三系统状态空间表示式，14，学习通讯PPT，1.2状态空间表示式模拟结构图，15，学习通讯PPT， 本章的结构第1章是系统的状态空间表达式1.1状态变量和状态空间表达式1.2状态空间表达式的模拟结构图1.3状态空间表达式的生成(1) 1.4状态空间表达式的生成(2) 1.5状态变量的线性变换1.6状态空间表达式中的传递函数1.7离散时间系统的状态空间表达式控制系统和非线性系统的状态空间表达式，简介，

5、16，学习PPT (1)建立为系统方块图(2)在机构性质中建立(3)建立为父系微分方程式和传递函数，范例1.3-1系统方块图建立u、y、y、尝试状态空间表示式，17、学习通讯PPT、1.3状态空间表示式(1) 学习通信PPT，创建1.3状态空间表达式(1)，示例1.3-1系统框图下，输入为u，输出为y，尝试状态空间表达式，选择1状态变量，每个框后，排除比例链接。写入状态方程式第2行，写入输出方程式第3行，写入状态空间格式第4行，x3，x2，x1，19，学习通讯PPT，建立1.3状态空间表示式(a)，范例1.3-2系统方块图下方，以u输入，以y输出， 尝试状态空间表达式，学习z-p，21，AC

6、PPT，编写1.3状态空间表达式(a)，从2机构特性构建状态空间表达式，可按能量属性划分的通用控制系统。 您可以根据物理定律(如基尔霍夫定律、牛顿定律、能量守恒定律等)建立系统的状态方程式。指定系统的输出时，很容易写系统的状态方程。弹簧-质量-阻尼器系统，电路系统系统，22，学习AC PPT，1.3状态空间表达式(a)，示例1.3-4将电压u测试为输出，将容量c的电压UC测试为输出变量，以及考虑到I1、I2和UC三个变量是独立的，可以确定为系统的状态变量。23，学习AC PPT，建立1.3状态空间表示式(a)，2栏写入状态方程式，根据kirchhoff的规则建立电路方程式，现在x1=i1，x2

7、=i2，x3=uc， 输出y(t)，汽车质量为m，我们要生成机械位移系统的状态空间表达式，例如，1.3-5 答案，选择状态变量，位移y(t)，速度y(t)是系统的状态变量。，图1.3-5弹簧-质量-阻尼器系统，26，学习AC PPT，创建1.3状态空间表达式(a)，双列写入状态表达式，根据牛顿的运动规律创建运动表达式，x1=y，x2=， 本章的结构第1章是系统的状态空间表达式1.1状态变量和状态空间表达式1.2状态空间表达式的模拟结构图1.3状态空间表达式的生成(1) 1.4状态空间表达式的生成(2) 1.5状态变量的线性变换1.6状态空间表达式中的传递函数1.7离散时间系统的状态空间表达式1

8、.8小时变化系统的控制系统和非线性系统的状态空间表达式，介绍，28，学习交换PPT 本节介绍了从微分方程或传递函数中获取系统状态空间表达式的方法，在控制中，这称为实现问题。(1)标准型(2)标准型(3)对角标准型(4)佐德曼(约旦)标准型，29，AC PPT学习，1.4状态空间表达式编写(2)，1标准型可控制，下一个()行写入状态方程式和输出方程式，范例1.4-1 回答，1控制标准栏直接写入，33，学习AC PPT，建立1.4状态空间表示式(2)，1写入标准，2 (2) m0，系统的传递函数如下：按如下方式设置要实施的系统的传播函数：34，创建学习通信PPT，1.4状态空间表达式(2)，1是标

9、准，2) m0，35，学习通信PPT，1.4状态空间表达式(2)，1是标准，2) m0，1在可控制的标准行上直接写，39，学习交换PPT，1.4状态空间表达式编写(2)，3对角标准，系统的传递函数如下所示时，考虑：分母多项式只有其他根的情况。40，学习通信PPT，创建1.4状态空间表达式(2)，3对角线标准，状态变量的拉普拉斯变换创建，41，学习AC PPT，1.4状态空间表达式(2)，42，学习通信PPT，1.4状态空间表达式创建(2)，4约旦标准，43，学习通信PPT，1.4状态空间表达式创建(2)，4约旦标准，将G(s)展开为部分分数方法。其中，创建状态变量为，44，学习通信PPT，1.

10、4状态空间表达式(2)，4约旦标准，45，学习交换PPT，1.4状态空间表达式(2)， 学习AC PPT，本章的结构1章是系统的状态空间表达式1.1状态变量和状态空间表达式1.2状态空间表达式的模拟结构图1.3状态空间表达式的生成(1) 1.4状态空间表达式的生成(2) 1.5状态变量的线性变换1.6状态空间表达式中的传递函数1.7离散时间系统的状态空间表达式控制系统和非线性系统的状态空间表达式1.8小时更改系统，简介，49 但是这n个状态变量的选择不是唯一的。但是它们之间有线性转换关系。(1)定义：状态x和z的转换。状态变量是称为状态的线性变换，因为它是状态空间的基础集。因此，状态变换的本质是状态空间基准(坐标)的变换。线性变换关系是：或，注：t是非数字矩阵，50，学习交换PPT，1.5状态变量的线性变换，1线性变换的概念，(2)基本关系：n阶系统设置，状态向量x，状态空间表达式，当前线性变换使用上述表达式代替，51，学习通信PPT，1.5状态变量的线性转换，示例1.5-1，52，学习通信PPT，1.5状态变量的线性转换，53，学习通信PPT，1.5状态变量的线性转换，对于系统：系统的特征值是系统矩阵a的特征值。系统的特性方程如下：系统的特性多项式如下：57，学习交换PPT，1.