《现代控制理论试题与答案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现代控制理论试题与答案（6页珍藏版）》请在装配图网上搜索。
1、现代控制理论1. 经典- 现代控制区别 :经典控制理论中 , 对一个线性定常系统 , 可用常微分方程或传递函数加以描述 , 可将某个单 变量作为输出 ,直接和输入联系起来 ; 现代控制理论用状态空间法分析系统 , 系统的动态特 性用状态变量构成的一阶微分方程组描述 ,不再局限于输入量 ,输出量 ,误差量 ,为提高系统 性能提供了有力的工具 .可以应用于非线性 ,时变系统 ,多输入-多输出系统以及随机过程 .2. 实现- 描述由描述系统输入 -输出动态关系的运动方程式或传递函数 , 建立系统的状态空间表达式 ,这 样问题叫实现问题 . 实现是非唯一的 .3. 对偶原理系统二刀1(A1,B1,C1
2、)和二刀2(A2,B2,C2)是互为对偶的两个系统,则刀1的能控性等价于刀2 的能观性,刀1的能观性等价于刀2的能控性.或者说,若刀1是状态完全能控的(完全能观 的),则刀2是状态完全能观的(完全能控的).对偶系统的传递函数矩阵互为转置4. 对线性定常系统刀0=(A,B,C),状态观测器存在的充要条件是的不能观子系统为渐近稳定第一章 控制系统的状态空间表达式1. 状态方程 : 由系统状态变量构成的一阶微分方程组2. 输出方程 : 在指定系统输出的情况下 , 该输出与状态变量间的函数关系式3. 状态空间表达式 : 状态方程和输出方程总合 , 构成对一个系统完整动态描述4. 友矩阵 :主对角线上方
3、元素均为 1 :最后一行元素可取任意值 ; 其余元素均为 05. 非奇异变换 :x=Tz,z=T-1x;z=T-1ATz+T-1Bu,y=CTz+Du.T 为任意非奇异阵 (变换矩阵 ), 空 间表达式非唯一6. 同一系统 , 经非奇异变换后 , 特征值不变 ; 特征多项式的系数为系统的不变量 第二章 控制系统状态空间表达式的解1. 状态转移矩阵：eAt,记作(t)2. 线性定常非齐次方程的解:x(t)=(t)x(O)+/tO(t- t )Bu( t )d t第三章 线性控制系统的能控能观性1. 能控: 使系统由某一初始状态 x(tO), 转移到指定的任一终端状态 x(tf), 称此状态是能控
4、的 . 若系统的所有状态都是能控的 , 称系统是状态完全能控2. 系统的能控性，取决于状态方程中系统矩阵A和控制矩阵b3. 一般系统能控性充要条件 :(1) 在 T-1B 中对应于相同特征值的部分 , 它与每个约旦块最后 一行相对应的一行元素没有全为 O.(2)T-1B 中对于互异特征值部分 , 它的各行元素没有全为 0的4. 在系统矩阵为约旦标准型的情况下，系统能观的充要条件是C中对应每个约旦块幵头的一列的元素不全为 05. 约旦标准型对于状态转移矩阵的计算 , 可控可观性分析方便 ; 状态反馈则化为能控标准型 状态观测器则化为能观标准型6. 最小实现问题 : 根据给定传递函数阵求对应的状态
5、空间表达式 , 其解无穷多 , 但其中维数 最小的那个状态空间表达式是最常用的 .第五章 线性定常系统综合1. 状态反馈 : 将系统的每一个状态变量乘以相应的反馈系数 , 然后反馈到输入端与参考输入 相加形成控制律 , 作为受控系统的控制输入 .K 为 r*n 维状态反馈系数阵或状态反馈增益阵2. 输出反馈 : 采用输出矢量 y 构成线性反馈律 H 为输出反馈增益阵3. 从输出到状态矢量导数 x 的反馈 :A+GC4. 线性反馈 : 不增加新状态变量 , 系统开环与闭环同维 , 反馈增益阵都是常矩阵动态补偿器 : 引入一个动态子系统来改善系统性能5. (1) 状态反馈不改变受控系统的能控性(2
6、) 输出反馈不改变受控系统的能控性和能观性6. 极点配置问题 : 通过选择反馈增益阵 , 将闭环系统的极点恰好配置在根平面上所期望的位 置,以获得所希望的动态性能(1) 采用状态反馈对系统任意配置极点的充要条件是刀0完全能控(2) 对完全能控的单输入 -单输出系统 , 通过带动态补偿器的输出反馈实现极点任意配置的充要条件1刀0完全能控2动态补偿器的阶数为n-1(3) 对系统用从输出到 x 线性反馈实现闭环极点任意配置充要条件是完全能观7. 传递函数没有零极点对消现象 , 能控能观8. 对完全能控的单输入 -单输出系统 ,不能采用输出线性反馈来实现闭环系统极点的任意配 置9. 系统镇定 : 保证
7、稳定是控制系统正常工作的必要前提 ,对受控系统通过反馈使其极点均具 有负实部 , 保证系统渐近稳定(1) 对系统采用状态反馈能镇定的充要条件是其不能控子系统渐近稳定(2) 对系统通过输出反馈能镇定的充要条件是其结构分解中的能控且能观子系统是输出反 馈能镇定的 , 其余子系统是渐近稳定的(3) 对系统采用输出到 x 反馈实现镇定充要条件是其不能观子系统为渐近稳定1 0.解耦问题 :寻求适当的控制规律 , 使输入输出相互关联的多变量系统的实现每个输出仅 受相应的一个输入所控制 ,每个输入也仅能控制相应的一个输出11. 系统解耦方法 : 前馈补偿器解耦和状态反馈解耦12. 全维观测器 : 维数和受控
8、系统维数相同的观测器现代控制理论试题1已知系统2y 2y u u 2u，试求其状态空间最小实现。(5分)1 1 00设系统的状态方程及输出方程为X 01 0 x 1 u; y 0 0 1 x试判定系统的能01 11控性。( 5 分)2已知系统的状态空间表达式为0 0 0t 0X 1 U ； y1 0x ;x(0)试求当u t; t 0时，系统的输出y（t）。 （10分）3给定系统的状态空间表达式为310x 0 01 x0 110 02 1 11 0 u， yx丿a0 2 10 1试确定该系统能否状态反馈解耦，若能，则将其解耦（10分）4给定系统的状态空间表达式为设计一个具有特征值为 1，1,1
9、的全维状态观测器（10分）5已知非线性系统11 2x22sin% a1x2试求系统的平衡点，并确定出可以保证系统大范围渐近稳定的31的范围。（5分）判定系统x 2：1 ；2在原点的稳定性。（5分）6已知系统1 1 1x 0 0x 1u试将其化为能控标准型(10 分)7已知子系统X11y110 X1求出串联后系统现代控制理论试题1取拉氏变换知(2s32)y(s)(s3s 2)u(s)g(s)s 11丄21（ 3 分）,“ 31) 22 “2(ss s 12其状态空间最小实现为x0 1x0u1； y -10 x -( 2 分)1 1122UcB ABAn 1B21 ，秩为2，系统状态不完全能控。1
10、(t,to)0.5t210.5t。2x(t)t(t,0)x(0)0(t, )B( )dy 1C|B1，C2B021002 1所以d11d2E1E2又因为E非奇异，所以能用实现解耦控制。(2 分)c1Ac2A(1 分)求出ukxLv4解令EE1E2E2理想特征多项式为全维状态观测器为,代入系统得*3f (x) (s 1)痿 A EC Xsi (A EC)3c 2 八s 3s3sE1E2E3Bu Ey列方程,比较系数求得00 y,15解显然原点为一个平衡点，根据克拉索夫斯基方法，可知因为20 ；所以，当21 2cosx11 2cosx12ai24a1(1 2cosx1)时，该系统在原点大范围渐近稳定。解上述不等式知,a19时，不等式恒成立。即a14时，系统在原点大范围渐近稳定。11I A23解25，两个特征根均具有负实部，系统大范围一致渐近稳定。(2 分)1Uc 1Uc1P11Uc1 0 1 21 1 1221 iP2PiA；能控标准型为Xi i p 2? p 1?i i2 17解组合系统状态空间表达式为1200101001（5 分）X&Xu, y 0 00 1 X0011010010组合系统传递函数为G(s) G2(sGi(s)(2 分)(3 分)1s 3s 3s 1 (s 1)(s 1)(s 1)(s 1)2
现代控制理论试题与答案
