状态方程的离散化仿真

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状态方程的离散化仿真

2024-07-16 12:35| 来源: 网络整理| 查看: 265

1.离散化模型的推导

设系统的状态空间表达式为: x ˙ ( t ) = A x + B u ( t ) y ( t ) = C x ( t ) + D u ( t ) \dot{\mathbf{x}}(t)=A\mathbf{x}+B\mathbf{u}(t)\\ \mathbf{y}(t)=C\mathbf{x}(t)+D\mathbf{u}(t) x˙(t)=Ax+Bu(t)y(t)=Cx(t)+Du(t) 对上面两个式子分别取拉普拉斯变换得到: X ( s ) = ( s I − A ) − 1 X ( 0 ) + ( s I − A ) − 1 B U ( s ) X(s)=(sI-A)^{-1}X(0)+(sI-A)^{-1}BU(s) X(s)=(sI−A)−1X(0)+(sI−A)−1BU(s) 再对上面的式子求拉普拉斯反变换得到: X ( t ) = e A t X ( 0 ) + ∫ 0 t e A ( t − τ ) B u ( τ ) d τ = F ( t ) X ( 0 ) + ∫ 0 t F ( t − τ ) B u ( τ ) d τ F ( t ) = e A t \mathbf{X}(t)=e^{At}\mathbf{X}(0)+\int_0^te^{A(t-\tau)}B\mathbf{u}(\tau)d\tau\\ =\mathbf{F}(t)\mathbf{X}(0)+\int_0^t\mathbf{F}(t-\tau)B\mathbf{u}(\tau)d\tau\\ \mathbf{F}(t)=e^{At} X(t)=eAtX(0)+∫0t​eA(t−τ)Bu(τ)dτ=F(t)X(0)+∫0t​F(t−τ)Bu(τ)dτF(t)=eAt 对上面的结果进行离散化处理,设采样周期是 T T T,考察 t = ( k + 1 ) T , t = k T t=(k+1)T,t=kT t=(k+1)T,t=kT时 X ( t ) \mathbf{X}(t) X(t)的值。 X ( ( k + 1 ) T ) = e A ( k + 1 ) T X ( 0 ) + ∫ 0 ( k + 1 ) T e A ( ( k + 1 ) T − τ ) B u ( τ ) d τ = e A T ( e A k T X ( 0 ) + ∫ 0 k T e A ( k T − τ ) B u ( τ ) d τ + ∫ k T k ( T + 1 ) e A ( k T − τ ) B u ( τ ) d τ ) = e A T ( X ( k T ) + ∫ k T k ( T + 1 ) e A ( k T − τ ) B u ( τ ) d τ ) \mathbf{X}((k+1)T)=e^{A(k+1)T}\mathbf{X}(0)+\int_0^{(k+1)T}e^{A((k+1)T-\tau)}B\mathbf{u}(\tau)d\tau\\=e^{AT}(e^{AkT}\mathbf{X}(0)+\int_0^{kT}e^{A(kT-\tau)}B\mathbf{u}(\tau)d\tau+\int_{kT}^{k(T+1)}e^{A(kT-\tau)}B\mathbf{u}(\tau)d\tau)\\=e^{AT}(\mathbf{X}(kT)+\int_{kT}^{k(T+1)}e^{A(kT-\tau)}B\mathbf{u}(\tau)d\tau) X((k+1)T)=eA(k+1)TX(0)+∫0(k+1)T​eA((k+1)T−τ)Bu(τ)dτ=eAT(eAkTX(0)+∫0kT​eA(kT−τ)Bu(τ)dτ+∫kTk(T+1)​eA(kT−τ)Bu(τ)dτ)=eAT(X(kT)+∫kTk(T+1)​eA(kT−τ)Bu(τ)dτ) 若离散化时对输入 u u u采用零阶保持器,则有: u ( t ) = u ( k T ) , ( k T ≤ t < ( k + 1 ) T ) u(t)=u(kT),(kT\leq t



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