系統的狀態和狀態空間
- 系統的外部描述 :外部描述常被稱作爲輸出—輸入描述
- 系統的內部描述 :狀態空間描述是系統內部描述的基本形式,需要由兩個數學方程表徵—— 狀態方程和輸出方程
- 外部描述和內部描述的比較: 一般的說外部描述只是對系統的一種不完全描述,不能反映黑箱內部結構的不能控或不能觀測的部分。內部描述則是系統的一種完全的描述,能夠完全反映系統的所有動力學特性。
狀態:一個動力學系統的狀態定義爲由其狀態變量組
狀態變量組:一個動力學系統的狀態變量組定義爲能完全表徵其時間域行爲的一個最小內部變量組
狀態空間:狀態空間定義爲狀態向量的一個集合,狀態空間的維數等同於狀態的維數
幾點解釋:
- 狀態變量組對系統行爲的完全表徵性
只要給定初始時刻 的任意初始狀態變量組 和 各時刻的任意輸入變量組 ,那麼系統的任何一個內部變量在 各時刻的運動行爲也就隨之而完全確定。
- 狀態變量組最小性的物理特徵
減少其中的一個變量就會破壞它們對系統行爲表徵的完全性,而增加一個變量將不增加行爲表徵的信息量即是完全表徵系統行爲所不需要的
- 狀態變量組最小性的數學特徵
它們是系統內部所有變量中線性無關的一個極大變量組
- 狀態變量組的不唯一性
- 系統任意兩個狀態變量組之間的關係
- 有窮維繫統和無窮維繫統
- 狀態空間的屬性
線性系統的狀態空間描述
描述系統輸入、輸出和狀態變量之間關係的方程組稱爲系統的狀態空間表達式(動態方程或運動方程)
- 狀態方程(描述輸入和狀態變量之間的關係)
- 輸出方程(描述輸出和輸入、狀態變量之間的關係)。