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控制理论

状态空间分析——能控性、能观性与极点配置

输入矩阵A、B、C、D,自动判断能控性与能观性,在s平面绘制特征值,通过Ackermann公式设计状态反馈,并仿真闭环阶跃响应。

系统阶次与预设
系统矩阵
矩阵 A(NxN)
矩阵 B(Nx1)
矩阵 C(1xN)
D(标量)
期望闭环极点(极点配置)
实部(逗号分隔)
示例:-2,-3(左半平面稳定极点)
能控性秩
能观性秩
开环稳定性
闭环稳定性

状态空间基本方程

$$\dot{x} = Ax + Bu, \quad y = Cx + Du$$

能控性矩阵:$\mathcal{C} = [B \;|\; AB \;|\; A^2B \;|\; \ldots]$,需满秩

能观性矩阵:$\mathcal{O} = [C;\; CA;\; CA^2;\; \ldots]^T$,需满秩

传递函数:$H(s) = C(sI-A)^{-1}B + D$

工程说明:在结构有限元分析中,质量矩阵和刚度矩阵定义了状态空间模型。主动振动控制(压电执行器、主动减振器)利用状态反馈实现。若传感器布置导致某些模态不可观测,则无论执行器功率多大,该模态都无法被控制。