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狀態觀測器
鎖定
狀態觀測器
State Observer
根據系統的
外部變量(
輸入變量和
輸出變量)的實測值得出
狀態變量估計值的一類
動態系統,也稱為狀態重構器。60年代初期,為了對控制系統實現
狀態反饋或其他需要,D.G.呂恩伯格、R.W.巴斯和J.E.貝特朗等人提出狀態觀測器的概念和
構造方法,通過重構的途徑解決了狀態的不能直接量測的問題。狀態觀測器的出現,不但為狀態反饋的技術實現提供了實際可能性,而且在
控制工程的許多方面也得到了實際應用,例如複製擾動以實現對擾動的完全補償等。
- 中文名
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狀態觀測器
- 外文名
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state observer
- 實際應用
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複製擾動以實現對擾動的完全補償
- 線性定常系統
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s=(A,B,C)
狀態觀測器簡介
對於給定的s=(sA,B,C)(見線性系統理論),它的狀態觀測器也是一個
線性定常系統。對系統的基本要求是:
②穩定的。
狀態觀測器結構
圖1
構成狀態觀測器的方法依需要的不同而有差別。最簡單的是開環狀態觀測器(圖1)。這種觀測器實質上就是按被觀測系統複製的一個模型,但其
狀態變量可以直接輸出。只要
初始條件相同x^(0)=x(0),x^(t)就可作為被觀測系統的狀態x(t)的一個精確的估計。但這個條件往往很難滿足。此外,這種開環觀測器對外界干擾的抗干擾性和對參數變動的靈敏度都很差,它的輸出x^(t)不能成為x(t)的一個良好估計。因此開環狀態觀測器幾乎沒有實用價值。
狀態觀測器缺點
採用閉環方式構成的狀態
觀測器能克服
開環狀態觀測器的缺點。漸近狀態觀測器就是一種閉環狀態觀測器。在這種觀測器中,被
觀測系統的
輸出變量y提供對觀測器系統的
校正作用。圖1中M是一個常係數矩陣,當被觀測系統為能觀測(見
能觀測性)時,可用極點配置方法適當選取M中各元素的數值,把矩陣A-MC 的全部
特徵值移到適當的位置上,使狀態觀測器滿足指定的
快速性要求。漸近狀態觀測器在抗干擾性和靈敏度方面要比開環狀態觀測器好得多。
開環狀態觀測器和漸近狀態觀測器的
維數都與被觀測系統的維數相同。另一類狀態觀測器稱為
降維觀測器,它也是按閉環方式構成的。如果被觀測系統的維數為n,其
輸出矩陣C 的秩為m,則降維觀測器的維數為n-m。降維觀測器是依靠從被觀測系統的輸出y中直接獲取狀態x的
部分信息的途徑來實現降維的。這類觀測器維數較低,構造較簡單,更有實用意義。