Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Методическое пособие по ОТУ.doc
Скачиваний:
1054
Добавлен:
15.03.2015
Размер:
7.14 Mб
Скачать

5.5. Векторно-матричное описание

При переходе к дискретной аппроксимации непрерывной части системы будем считать, что входной сигнал квантуется с периодом Т, а затем преобразуется экстраполятором нулевого порядка.

Это значит, что внешнее воздействия U(t) остается постоянным в течение n-такта квантования, т. е. U(t) = u(nT), при nT t (n + 1)T.

Известно, что решением основного векторно-матричного уравнения непрерывной системы =AX+BU является следующее выражение

X(t) = Ф(t)X(o) +, (5.1)

где Ф(t)= eAt - переходная матрица системы, имеющая форму матричной экспоненты eAt. Она вычисляется либо как сумма степенного ряда eAt = I + + At + +…+ +…, либо как обратные преобразования Лапласа eAt = = L-1{(SI - A)-1}.

Используем выражение (5.1) для определения вектора состояния во времени интервала nTt(n+1)T, считая начальными условиями x(nT), X(t) = = Ф( - nT)X(nT) + u(nT). Для момента времени t = (n + 1)T имеем X[(n + 1)T] = Ф(T)X(nT) + U(nT), или после преобразованийX(n + 1) = Ф(T)X(n) + … + U(n), гдеФ(T) = eAT =L-1{(SI-A)-1} - - переходная матрица непрерывной части системы при t = T.

Введем обозначения: A* = Ф(T); B*=[]B. Тогда векторно-матричное описание дискретной системы будет иметь вид:

X(n + 1) = A*X(n) + B*U(n), Y(n) = CX(n) + DU(n).

По форме полученные уравнения являются полной аналогией векторно-матричных уравнений непрерывной системы.

Векторно-матричное описание дискретной системы

Пусть дискретная система описывается передаточной функцией

W(z) = = .

      1. Ей соответствует разностное уравнение

a0y(n + q) + a1y(n + q - 1) +…+ aqy(n) = b0u(n + q) + b1u(n + q - 1) +…+ bqu(n).

Переменные состояния примем следующие:

X1(n) = y(n);

X2(n) = x1(n + 1) = y(n + 1);

X3(n) = x2(n + 1) = y(n + 2);

………………………………

Xq(n) = xq-1(n + 1) = y(n + q - 1);

Xq(n + 1) = y(n + q).

Подставим их в разностное уравнение, приняв a0 = 1, bq = 1, b0 = b1 = = … = bq-1 = 0, y(n+q) = xq(n+1) = - a1xq(n) - a2xq-1(n) -…- aqx1(n) + u(n).

Полученные уравнения можно представить в виде векторно-матричного уравнения состояний:

= +

Совместно с уравнением выхода

Y(n)=[10…0].

Вводя обозначения: X – вектор переменных состояния; А - матрица системы; В – матрица входа; С –матрица выхода; - записываем векторно-матричное уравнение дискретной системы в комплексной форме:

X(n + 1) = AX(n) + BU(n); Y(n) = CX(n).

Можно получить выражения матриц A,B и С и в более общем случае, когда bq 1 и b0 bq-10 [1].

Решение дискретного уравнения состояния с помощью

Z-преобразования

Рассмотрим дискретное уравнение состояния X(n+1)=A*X(n)+B*U(n), где A* = eAT= L-1{(SI-A)-1}|t=T; B* = []B. Подвергнем обе части уравнения состояния Z-преобразованию zX(z) - zX(0) = A*X(z) + B*U(z). Отсюда X(z) = (zI - A*)-1zX(0) + (zI - A*)-1B*u(z). Подвергая обратному Z- преобразованию, имеем X(n) = Z-1{(zI - A*)-1z}X(0) + Z-1{(zI - A*)-1B*u(z)}. Покажем, что обратное Z – преобразование от (zI - A*)-1 есть дискретная переходная матрица состояния A(kT).

Z – преобразование A(kT) определяется общей формулой Z –преобразования A(z) = =. Умножим обе части последнего уравнения на A*z-1 и вычтем результат из последнего уравнения. Получим (I - A*z-1)A(z) = I, откуда A(z) = (I - A*z-1)-1 = (zI - A*)-1z.

Вычисляя обратное Z – преобразование, получим A(kT) = Z-1{(zI-A)-1z}.

Это выражение и является основой способа определения переходной матрицы состояния, основанного на Z – преобразовании.

Второе слагаемое в выражении для X(n) вычисляем с помощью теоремы свертки и выражение для A(kT);

Z-1{(zI - A*)-1B*U(z)} =

Соседние файлы в предмете Основы Теории Управления