现代控制理论第三版答案刘豹唐万生编.docx

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1、第一章答案1-1 试求图1-27系统的模拟构造图，并建立其状态空间表达式。解：系统的模拟构造图如下：系统的状态方程如下：阿令，那么所以，系统的状态空间表达式及输出方程表达式为1-2有电路如图1-28所示。以电压为输入量，求以电感中的电流和电容上的电压作为状态变量的状态方程，和以电阻上的电压作为输出量的输出方程。解：由图，令，输出量有电路原理可知： 既得 写成矢量矩阵形式为：1-4 两输入，两输出，的系统，其模拟构造图如图1-30所示，试求其状态空间表达式和传递函数阵。解：系统的状态空间表达式如下所示：1-5系统的动态特性由以下微分方程描述列写其相应的状态空间表达式，并画出相应的模拟构造图。解：

2、令，那么有相应的模拟构造图如下：1-6 2系统传递函数,试求出系统的约旦标准型的实现，并画出相应的模拟构造图解：1-7 给定以下状态空间表达式（1） 画出其模拟构造图（2） 求系统的传递函数解：21-8 求以下矩阵的特征矢量3解：A的特征方程 解之得：当时，解得： 令 得 或令，得当时， 解得： 令 得 或令，得当时，解得： 令 得 1-9将以下状态空间表达式化成约旦标准型并联分解2解：A的特征方程 当时，解之得 令 得 当时，解之得 令 得 当时，解之得 令 得 约旦标准型第二章答案2-4 用三种方法计算以下矩阵指数函数。2 A=解：第一种方法： 令 那么 ，即。求解得到，当时，特征矢量由

3、，得即，可令当时，特征矢量由，得即 ，可令那么，第二种方法，即拉氏反变换法：第三种方法，即凯莱哈密顿定理由第一种方法可知，2-5 以下矩阵是否满足状态转移矩阵的条件，如果满足，试求及之对应的A阵。3 4解：3因为 ，所以该矩阵满足状态转移矩阵的条件4因为，所以该矩阵满足状态转移矩阵的条件2-6 求以下状态空间表达式的解：初始状态，输入时单位阶跃函数。解： 因为 ，2-9 有系统如图2.2所示，试求离散化的状态空间表达式。设采样周期分别为T=0.1s和1s，而和为分段常数。 图2.2 系统构造图解：将此图化成模拟构造图列出状态方程那么离散时间状态空间表达式为由和得：当T=1时 当T=0.1时 第

4、三章答案3-1判断以下系统的状态能控性和能观测性。系统中a,b,c,d的取值对能控性和能观性是否有关，假设有关，其取值条件如何？1系统如图3.16所示：解：由图可得：状态空间表达式为：由于、及无关，因而状态不能完全能控，为不能控系统。由于只及有关，因而系统为不完全能观的，为不能观系统。3系统如下式：解：如状态方程及输出方程所示，A为约旦标准形。要使系统能控，控制矩阵b中相对于约旦块的最后一行元素不能为0，故有。要使系统能观，那么C中对应于约旦块的第一列元素不全为0，故有。3-2时不变系统试用两种方法判别其能控性和能观性。解：方法一：方法二：将系统化为约旦标准形。中有全为零的行，系统不可控。中没

5、有全为0的列，系统可观。3-3确定使以下系统为状态完全能控和状态完全能观的待定常数解：构造能控阵：要使系统完全能控，那么，即构造能观阵：要使系统完全能观，那么，即3-4设系统的传递函数是1当a取何值时，系统将是不完全能控或不完全能观的？2当a取上述值时，求使系统的完全能控的状态空间表达式。3当a取上述值时，求使系统的完全能观的状态空间表达式。解：(1) 方法1 ：系统能控且能观的条件为W(s)没有零极点对消。因此当a=1,或a=3或a=6时，系统为不能控或不能观。方法2：系统能控且能观的条件为矩阵C不存在全为0的列。因此当a=1,或a=3或a=6时，系统为不能控或不能观。2当a=1, a=3或

6、a=6时，系统可化为能控标准I型3根据对偶原理，当a=1, a=2或a=4时，系统的能观标准II型为3-6系统的微分方程为：试写出其对偶系统的状态空间表达式及其传递函数。解：系统的状态空间表达式为传递函数为其对偶系统的状态空间表达式为：传递函数为3-9系统的传递函数为试求其能控标准型和能观标准型。解：系统的能控标准I型为能观标准II型为3-10给定以下状态空间方程，试判别其是否变换为能控和能观标准型。解：3-11试将以下系统按能控性进展分解1解： rankM=23，系统不是完全能控的。构造奇异变换阵：，其中是任意的，只要满足满秩。即 得3-12 试将以下系统按能观性进展构造分解1 解： 由得那么有rank N=20)。解：因为满秩，系统能观，可构造观测器。系统特征多项式为，所以有于是 引入反应阵，使得观测器特征多项式：根据期望极点得期望特征式：比拟及各项系数得：即，反变换到x状态下观测器方程为：第 14 页