系统的状态转移矩阵
狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的定義:
對于給定的線性定常系統(tǒng)
x˙=Ax+Bu\dot{x}=Ax+Bux˙=Ax+Bu
其中,xxx為nnn維狀態(tài)向量
稱滿足如下矩陣微分方程:
Φ˙(t?t0)=AΦ(t?t0),Φ(t0)=I,t≤t0\dot \Phi(t-t_0)=A\Phi(t-t_0),\quad \Phi(t_0)=I, \quad t\le t_0 Φ˙(t?t0?)=AΦ(t?t0?),Φ(t0?)=I,t≤t0?
的n×nn\times nn×n維解陣Φ(t?t0)\Phi(t-t_0)Φ(t?t0?)為系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣。
求解矩陣微分方程可得,狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣為:
Φ(t?t0)=eA(t?t0),t≥t0\Phi(t-t_0)=e^{A(t-t_0)},t\ge t_0 Φ(t?t0?)=eA(t?t0?),t≥t0?
當(dāng)t0=0時(shí)t_0=0時(shí)t0?=0時(shí),狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣可表示為:
Φ(t)=eAt,t≥0\Phi(t)=e^{At},t \ge 0 Φ(t)=eAt,t≥0
系統(tǒng)的零輸入響應(yīng)可用狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣表示:
x(t)=eA(t?t0)x(t0)=Φ(t?t0)x(t0)t≥t0\begin{aligned} x(t)&=e^{A(t-t_0)}x(t_0)\\ &=\Phi(t-t_0)x(t_0) \quad t\ge t_0 \end{aligned} x(t)?=eA(t?t0?)x(t0?)=Φ(t?t0?)x(t0?)t≥t0??
或
x(t)=eAtx(0)=Φ(t)x(0),t≥0x(t)=e^{At}x(0)=\Phi(t)x(0),\quad t \ge0 x(t)=eAtx(0)=Φ(t)x(0),t≥0
狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的物理意義:
Φ(t?t0)\Phi(t-t_0)Φ(t?t0?)就是在零輸入條件下,將時(shí)刻t0t_0t0?的狀態(tài)x0x_0x0?轉(zhuǎn)移到時(shí)刻ttt的狀態(tài)x(t)x(t)x(t)的一個(gè)線性變換
總結(jié)
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