全維狀態觀測器

狀態重構就是通過間接的手段獲取狀態信息。通常,輸入量u和輸出量y總是可以直接測量的,狀態重構就是利用可以直接測量的輸入量u和輸出量y間接獲取狀態量的信息。

如果狀態觀測器的維數和原系統的維數相同,表示原系統的n個狀態變量都由狀態觀測器間接得到,這種狀態觀測器就稱爲全維狀態觀測器;如果狀態觀測器的維數小於原系統的維數相同,則稱爲降維狀態觀測器。

全維狀態觀測器的開環控制方式如下圖所示,這種開環控制有如下缺點:1)狀態觀測誤差e(t)的動態過程由原系統的系統矩陣A決定,當A包含有不穩定的特徵值時,即使很小的初始誤差e(0),也會使e(t)發散,當A的特徵值全部爲穩定時,e(t)會收斂至0,但是收斂速度完全由系統矩陣A決定,而不能進行設計;2)狀態觀測器參數對原系統參數的任何偏離或者攝動都會對狀態觀測產生不利影響。

所以通常採用閉環控制方式,如下圖所示,閉環控制可以通過設計合適的偏差反饋矩陣L來調整(A-LC)的特徵值(即極點配置)來實現狀態重構。這裏把偏差反饋矩陣用L來表示,是因爲常用的龍貝格(Luenberger)觀測器(也有譯作隆伯格觀測器)就是這種結構。

參考文獻:

《現代控制理論》,趙光宙編著。北京:機械工業出版社,2013.6

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