第二章系统模型和定量分析精选文档.ppt

第二章系统模型和定量分析本讲稿第一页，共二十三页一、总的框架一、总的框架模型 分析 综合（即设计）1.模型部分不同表达领域模型间的转换如何由物理系统得到状态空间表达由输入/输出描述得到状态空间表达（SISO）能控规范形描述能观测规范形描述对角形（单极点）由状态空间描述得到I/O描述理论计算公式本讲稿第二页，共二十三页实用计算公式实用计算公式两边右乘(s)(sI-A)比较s同次幂的系数，得本讲稿第三页，共二十三页状态空间表达之间的变换（坐标变换）使系统的性质更加明显几个性质化为能控、能观标准形（SISO已学过）化为约当标准形（对角形已学过）组合系统化为约当规范形*本讲稿第四页，共二十三页2.系统分析定量分析：即第2章的内容，给定初始状态和输入激励，求输出；关键是状态转移矩阵的计算，本科已学过几种计算方法，如直接用定义计算、拉氏变换法、利用凯莱-哈密尔顿定理、sylvester展开、利用对角形等。为了向时变线性系统推广，定义了一般形式的状态转移矩阵，见P50。要仔细看。定性分析：分析系统的能控性和能观测性（第3章）、稳定性（第4章）；本讲稿第五页，共二十三页3.系统综合各种综合方法，第5章重点讲述的内容本讲稿第六页，共二十三页二、关于化一般状态空间表达为约当规范形给定系统A，B，C，D，当A的特征值两两相异时，利用特征向量组成变换矩阵，可化为对角形；当A的特征值不是两两相异时，有时可以化为对角形，有时不能化成对角形，只能化为约当形。本讲稿第七页，共二十三页例1由于 ,故可以找到两个线性无关的相应于1的列向量1 0 0，0 1 0，相应于特征值2的特征向量为-1 0 1，故变换矩阵为变换后的矩阵为本讲稿第八页，共二十三页例2：如果A具有4重特征值1和1重特征值2可能的约当形为对角上的分块矩阵称为约当块。一个多重特征值对应几个约当块，各约当块重数是多少，依赖于A的特性，要做深入研究才能确定。本讲稿第九页，共二十三页1、约当形的一般形式本讲稿第十页，共二十三页2、几个重要的概念特征值的代数重数特征值的代数重数设i 为矩阵A的一个特征值，且则称i为i的代数重数。几何重数几何重数若则称i为i的几何重数。本讲稿第十一页，共二十三页零空间零空间 零空间也就是方程零空间也就是方程Ax=0的所有解的集合。很明显，它是一个线性空间。的所有解的集合。很明显，它是一个线性空间。如果零空间的维数为如果零空间的维数为0，则该空间仅包含一个零向量。如果维数为，则该空间仅包含一个零向量。如果维数为k,则方程则方程Ax=0有有k个线性无关的向量解。个线性无关的向量解。比较几何重数的定义，可见，几何重数就是（A-iI)的零空间的维数。本讲稿第十二页，共二十三页广义特征向量广义特征向量链本讲稿第十三页，共二十三页3、化为约当形的变换矩阵的构成本讲稿第十四页，共二十三页本讲稿第十五页，共二十三页本讲稿第十六页，共二十三页第三章 系统运动的稳定性（书中第4章）对定常系统 外部描述 内部描述稳定性 外部稳定性 内部稳定性能控能观时本讲稿第十七页，共二十三页3.1 外部稳定性和内部稳定性外部稳定性有许多外部稳定性的定义，常用BIBO稳定松驰系统称为BIBO稳定的，当且仅当对任何有界输入，其输出有界。判据线性时变系统本讲稿第十八页，共二十三页线性定常系统本讲稿第十九页，共二十三页3.2 李亚普诺夫第二方法的主要定理 研究内部稳定性的充分条件对非线性时变系统稳定性的判别定理本讲稿第二十页，共二十三页对非线性定常系统稳定性的判别定理以上定理的变形也要熟悉。本讲稿第二十一页，共二十三页3.3 线性系统的情形本讲稿第二十二页，共二十三页作业Chap1:1.11(i),1.15,1.16,1.17,1.19Chap2:2.3,2.5,2.7,2.10Chap4:4.1,4.3,4.8,4.11本讲稿第二十三页，共二十三页