傳遞函數(shù)矩陣的狀態(tài)空間實(shí)現(xiàn)

傳遞函數(shù)矩陣的狀態(tài)空間實(shí)現(xiàn)第一頁，共二十九頁，2022年，8月28日4.1實(shí)現(xiàn)的基本概念和屬性一

實(shí)現(xiàn)的定義和屬性1實(shí)現(xiàn)的定義

假設(shè)已知線性定常系統(tǒng)的傳遞函數(shù)陣G(s)，若找到狀態(tài)空間模型{A,B,C,E}使得成立，則稱此狀態(tài)空間模型為已知的傳遞函數(shù)矩陣的一個(gè)狀態(tài)空間實(shí)現(xiàn)。第二頁，共二十九頁，2022年，8月28日最小實(shí)現(xiàn)對(duì)于傳遞函數(shù)陣G(s)的一個(gè)維數(shù)最低的實(shí)現(xiàn)，稱為G(s)的最小實(shí)現(xiàn)或不可約簡(jiǎn)實(shí)現(xiàn)。2實(shí)現(xiàn)的屬性實(shí)現(xiàn)維數(shù)=dimA實(shí)現(xiàn)的維數(shù)：實(shí)現(xiàn)的不唯一性：維數(shù)可不同，同維的參數(shù)也可不同第三頁，共二十九頁，2022年，8月28日二最小實(shí)現(xiàn)的相關(guān)定理設(shè)嚴(yán)格真有理函數(shù)陣G(s)的實(shí)現(xiàn)為{A,B,C},則其為最小實(shí)現(xiàn)的充要條件是{A,B,C}既完全能控又完全能觀。

定理1：定理2：對(duì)給定的傳遞函數(shù)矩陣G(s),其最小實(shí)現(xiàn)不是唯一的，但所有最小實(shí)現(xiàn)都是代數(shù)等價(jià)的。

第四頁，共二十九頁，2022年，8月28日設(shè)分子分母互質(zhì)的真有理函數(shù)g(s)的實(shí)現(xiàn)是{A,b,c,d},當(dāng)且僅當(dāng)dimA=deg（g(s)）時(shí)，實(shí)現(xiàn){A,b,c,d}是g(s)的最小實(shí)現(xiàn)。定理3(單變量系統(tǒng))：設(shè)真有理函數(shù)矩陣G(s)的實(shí)現(xiàn)是{A,B,C,D},當(dāng)且僅當(dāng)dimA=G(s)不可簡(jiǎn)約MFD的次數(shù)時(shí)，實(shí)現(xiàn){A,B,C,D}是G(s)的最小實(shí)現(xiàn)。定理4（多變量系統(tǒng)）：第五頁，共二十九頁，2022年，8月28日三能控類實(shí)現(xiàn)和能觀測(cè)類實(shí)現(xiàn){A,B,C，E}為G(s)的一個(gè)能控類實(shí)現(xiàn)的充要條件是：1能控類實(shí)現(xiàn)

第六頁，共二十九頁，2022年，8月28日{(diào)A,B,C，E}為G(s)的一個(gè)能觀類實(shí)現(xiàn)的充要條件是：2能觀類實(shí)現(xiàn)

第七頁，共二十九頁，2022年，8月28日能控規(guī)范形實(shí)現(xiàn)能觀測(cè)規(guī)范形實(shí)現(xiàn)并聯(lián)形實(shí)現(xiàn)（約當(dāng)形實(shí)現(xiàn)）串聯(lián)形實(shí)現(xiàn)4.2有理分式傳遞函數(shù)矩陣的典型實(shí)現(xiàn)一標(biāo)量傳遞函數(shù)的典型實(shí)現(xiàn)第八頁，共二十九頁，2022年，8月28日二傳遞函數(shù)矩陣的典型實(shí)現(xiàn)

G(s)----嚴(yán)格真，有理分式形式表達(dá)，即第九頁，共二十九頁，2022年，8月28日1.能控形實(shí)現(xiàn)注：(1)形式上與SISO系統(tǒng)的能控規(guī)范形一樣,數(shù)都變成了矩陣.(2)一定是能控的,但不一定是能觀的.(3)由此求最小實(shí)現(xiàn)時(shí),要按能觀性進(jìn)行結(jié)構(gòu)分解.第十頁，共二十九頁，2022年，8月28日2.能觀測(cè)形實(shí)現(xiàn)注：(1)形式上與SISO系統(tǒng)的能控規(guī)范形一樣,數(shù)都變成了矩陣.(2)一定是能觀的,但不一定是控的.(3)由此求最小實(shí)現(xiàn)時(shí),要按能控性進(jìn)行結(jié)構(gòu)分解.(4)維數(shù)與能控性實(shí)現(xiàn)可能不同.第十一頁，共二十九頁，2022年，8月28日4.3基于MFD的典型實(shí)現(xiàn)一.構(gòu)造控制器形實(shí)現(xiàn)1控制器實(shí)現(xiàn)的定義稱一個(gè)狀態(tài)空間描述為控制器形實(shí)現(xiàn),其中第十二頁，共二十九頁，2022年，8月28日2MFD的核引入列次表達(dá)式：第十三頁，共二十九頁，2022年，8月28日可導(dǎo)出構(gòu)造的結(jié)構(gòu)圖稱為核心右MFD。第十四頁，共二十九頁，2022年，8月28日第十五頁，共二十九頁，2022年，8月28日3核實(shí)現(xiàn)的構(gòu)造第十六頁，共二十九頁，2022年，8月28日第十七頁，共二十九頁，2022年，8月28日定義狀態(tài)變量第十八頁，共二十九頁，2022年，8月28日第十九頁，共二十九頁，2022年，8月28日特征：

不為零的**行的數(shù)值：Ac的第i個(gè)*行等于的第i行Bc的第i個(gè)*行等于的第i行4控制器形實(shí)現(xiàn)的確定第二十頁，共二十九頁，2022年，8月28日化簡(jiǎn)后：第二十一頁，共二十九頁，2022年，8月28日(1)控制器形實(shí)現(xiàn)是完全能控的，但不保證完全能觀。5控制器形實(shí)現(xiàn)的性質(zhì)(2)控制器形實(shí)現(xiàn)和MFD在系數(shù)矩陣間滿足：第二十二頁，共二十九頁，2022年，8月28日(3)(4)控制器形實(shí)現(xiàn)能控能觀的一個(gè)充分條件為：第二十三頁，共二十九頁，2022年，8月28日(5)(6)設(shè)為的特征值，特征向量p第二十四頁，共二十九頁，2022年，8月28日二.構(gòu)造觀測(cè)器形實(shí)現(xiàn)1觀測(cè)器實(shí)現(xiàn)的定義稱一個(gè)狀態(tài)空間描述為觀測(cè)器形實(shí)現(xiàn),其中第二十五頁，共二十九頁，2022年，8月28日2MFD的核引入行次表達(dá)式：稱為核心左MFD。第二十六頁，共二十九頁，2022年，8月28日3核實(shí)現(xiàn)的構(gòu)造第二十七頁，共二十九頁，2022年，8月28日4觀測(cè)器形實(shí)現(xiàn)的確定第二十八頁，共二十九頁，2022年，8月28日4.4不可簡(jiǎn)約MFD的最小實(shí)現(xiàn)不可簡(jiǎn)約右MFD的最小實(shí)現(xiàn)結(jié)論：給定q*p的嚴(yán)格真右MFD，當(dāng)且僅當(dāng)為不可簡(jiǎn)約時(shí)，其維數(shù)為n=degdetD(s)