[科普中国]-线性反馈控制系统

概念状态反馈

状态反馈是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。

状态反馈阵的引入并不增加系统的维数，但可通过状态反馈阵的选择自由地改变闭环系统的特征值，从而使系统获得所要求的性能。

输出反馈输出反馈是采用输出向量构成线性反馈律。在经典控制理论中主要讨论这种反馈形式。

在不增加补偿器的条件下，输出反馈的效果显然不如状态反馈系统好，但输出反馈在技术实现上的方便性则是其突出优点。1

工作原理动态补偿器从系统输出到状态向量导数X的线性反馈形式在状态观测器中获得应用，不增加新的状态变量，系统开环与闭环同维；反馈增益阵都是常矩阵，反馈为线性反馈。在更复杂的情况下，常常要通过引入一个动态子系统来改善系统性能，这种动态子系统，称为动态补偿器。

这类系统的典型例子是使用状态观测器的状态反馈系统。这类系统的维数等于受控系统与动态补偿器两者维数之和。采用反馈连接比采用串联连接容易获得更好的性能。

闭环系统的可控性与可观性引入各种反馈构成闭环后，系统的可控性与可观性是关系能否实现状态控制与状态观测的重要问题。

状态反馈不改变受控系统的可控性，但不保证系统的可观性不变。

状态反馈不保持系统的可观也可作如下解释：例如，对单输入单输出系统，状态反馈会改变系统的极点，但不影响系统的零点。这样就有可能使传递函数出现零极点对消现象，因而破坏了系统的可观性。2