Нормальная форма уравнений в пространстве состояний

 

Нормальная форма уравнений в пространстве состояний получается из стандартной формы (10.1) посредством преобразования подобия. При этом предполагается, что собственные числа матрицы А различные.

Введем линейное преобразование

 

X=MQ, (10.32)

 

где М - модальная матрица матрицы А.

Уравнения (10.1) перепишем

 

. (10.33)

 

 

Умножив первое уравнение из (10.33) слева на М-1 , получим

 

. (10.34)

Так как M - модальная матрица, то

 

М-1АМ = L = - диагональная матрица;

где li (при i = 1, 2, ... , n) - собственные числа матрицы А.

Следовательно, можно записать

 

, (10.35)

 

где L=М-1АМ, Вn= М-1B, Cn=CM, Dn=D - матрицы;

Q=[q1,q2,...,qn]T - вектор состояния системы, элементами которого являются новые переменные состояния qi (при i=1, 2, ... , n).

Система (10.35) представляет собой нормальную форму уравнений описания систем управления в пространстве состояний.

Нормальная форма уравнений состояния позволяет декомпозировать многосвязную систему n-го порядка на n взаимонесвязанных систем, при этом дифференциальные уравнения становятся развязанными относительно переменных состояния q1,q2,...,qn, т.е. они имеют вид

, (10.36)

 

где fi - внешнее воздействие на i-ю переменную состояния.

Таким образом, переход к нормальной форме существенно упрощает исследование многосвязных систем.

В случае кратных собственных чисел матрицы A диагональная матрица L заменяется матрицей J, которая строится из клеток Жордана, например,

. (10.37)

Таким образом, из сравнения уравнений (10.1) и (10.35) следует, что при математическом описании одного и того же динамического процесса различному выбору переменных состояния соответствуют различные матрицы системы, управления, наблюдения, связи и различные векторные дифференциальные уравнения, каждое из которых полностью определяет выходную величину системы.

 

Пример. Написать уравнения состояний в нормальной форме для динамической системы, представленной на рис.10.3.

Рис. 10.3. Структурная схема системы в переменных состояния

Решение. Выберем в качестве переменных состояния системы сигналы на выходах интеграторов x1 и x2. В этом случае структурной схеме (рис.10.3) соответствует следующая система уравнений (стан-дартная форма)

Откуда матрицы

 

, , , D=[2].

 

Собственные числа матрицы A: l1= -1, l2= -2.

 

Модальная матрица M= и M-1= .

 

Тогда диагональная матрица системы, матрица управления, матрица наблюдения и матрица связи будут

 

L= , Вn= М-1B= , Cn=CM=[-1 -1], Dn=D=[2].

Отсюда получаем уравнения состояний системы в нормальной форме

,

которым соответствует структурная схема системы, приведенная на рис.10.4.

Рис. 10.4. Структурная схема системы в переменных состояния

по полюсам

 








Дата добавления: 2015-06-01; просмотров: 1173;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.008 сек.