全维状态观测器

状态重构就是通过间接的手段获取状态信息。通常,输入量u和输出量y总是可以直接测量的,状态重构就是利用可以直接测量的输入量u和输出量y间接获取状态量的信息。

如果状态观测器的维数和原系统的维数相同,表示原系统的n个状态变量都由状态观测器间接得到,这种状态观测器就称为全维状态观测器;如果状态观测器的维数小于原系统的维数相同,则称为降维状态观测器。

全维状态观测器的开环控制方式如下图所示,这种开环控制有如下缺点:1)状态观测误差e(t)的动态过程由原系统的系统矩阵A决定,当A包含有不稳定的特征值时,即使很小的初始误差e(0),也会使e(t)发散,当A的特征值全部为稳定时,e(t)会收敛至0,但是收敛速度完全由系统矩阵A决定,而不能进行设计;2)状态观测器参数对原系统参数的任何偏离或者摄动都会对状态观测产生不利影响。

全维状态观测器

所以通常采用闭环控制方式,如下图所示,闭环控制可以通过设计合适的偏差反馈矩阵L来调整(A-LC)的特征值(即极点配置)来实现状态重构。这里把偏差反馈矩阵用L来表示,是因为常用的龙贝格(Luenberger)观测器(也有译作隆伯格观测器)就是这种结构。

全维状态观测器

参考文献:

《现代控制理论》,赵光宙编著。北京:机械工业出版社,2013.6