自动控制第九章传递函数的状态空间实现VIP专享

《现代控制理论》教案 9－1 中国科学技术大学 自动化系 2013-3-27日 第九章 传递函数的状态空间实现 §9.1实现与最小实现 一、实现问题的提法 我们知道，对于一个线性定常系统，可以用传递函数矩阵进行输入输出描述 )(ˆ)(ˆ)(ˆsssuGy (9.1.1) 如果系统还是集中的，则还可以用状态空间方程来描述 DuCxyBuAxx (9.1.2) 如果已知状态空间方程(9.1.2)，则相应的传递矩阵可由 DBAICG1)()(ˆss (9.1.3) 求出，且求出的矩阵是唯一的。现在，我们来研究它的反问题，即由给定的传递矩阵来求状态空间方程，这就是所谓的实现问题。 事实上，对于时变系统也有实现问题，只是它的输入输出描述不再是传递矩阵。 定义 9.1：实现 传递矩阵)(ˆ sG称为是能实现的是指存在一个有限的维状态方程（9.1.2）或简记为{ A, B, C, D }，使得 DBAICG1)()(ˆss 且{ A, B, C, D }称作)(ˆ sG的实现。 注意：一个线性定常系统的分布系统可以用传递矩阵来描述，但不能描述为有限维的状态方程。所以说并非所有的)(ˆ sG都是能实现的。 二、实现的不唯一性 仔细回忆一下我们在状态变换和规范分解时得到的结论可知：尽管对于给定系统{ A, B, C, D }，它的传递函数矩阵)(ˆ sG是唯一的；但反过来，对于给定系统的传递函数矩阵)(ˆ sG，求它的状态空间实现{ A, B, C, D }，结论便不唯一。 因为我们知道，状态变换前后，系统的状态空间方程可能大相径庭，但其传递函数矩阵却是相同的；同样，不能控或不能观系统，经规范分解后的整个系统与其中的既能控又能观的子系统均是其传递函数的一个实现。 所以，如果)(ˆ sG是能实现的则其有无穷多各个实现，且不一定具有相同的维数。 《现代控制理论》教案 9－2 中国科学技术大学 自动化系 2013-3-27日 三、最小实现 尽管每一个传递函数阵，可以有无限多个实现。我们感兴趣的是这些实现中维数最小的实现，即所谓最小实现，也叫不可约实现、最小维实现、最小阶实现。因为在实用中，最小实现阶数最低，在进行运放模拟和系统仿真时，所用到的元件和积分器最少，从经济性和可靠性等角度来看也是必要的。 最后，我们还不证明地给出一个关于最小实现的定理： 定理 9.1：实现 状态空间方程{ A, B, C, D }是传递函数矩阵)(ˆ sG的最小实现的充要条件是{ A, B, C, D }既能控又能观。 传递函数矩阵)(ˆ sG的所有最小实现，互相间是代数等价...