線性反饋控制系統

控制系統的基本結構是由受控對象和反饋控制器兩部分構成的閉環系統。在經典理論中習慣於採用輸出反饋，而在現代控制理論中則更多地採用狀態反饋。由於狀態反饋能提高更豐富的狀態信息和可供選擇的自由度，因而使系統容易獲得更為優異的性能。

基本介紹

• 中文名：線性反饋控制系統
• 外文名：Linear feedback control system
• 定    義：通過線性反饋陣反饋到輸入端
• 套用學科：自動化術語，計算機控制術語

概念

狀態反饋

狀態反饋是將系統的每一個狀態變數乘以相應的反饋係數，然後反饋到輸入端與參考輸入相加形成控制律，作為受控系統的控制輸入。

狀態反饋陣的引入並不增加系統的維數，但可通過狀態反饋陣的選擇自由地改變閉環系統的特徵值，從而使系統獲得所要求的性能。

輸出反饋

輸出反饋是採用輸出向量構成線性反饋律。在經典控制理論中主要討論這種反饋形式。

在不增加補償器的條件下，輸出反饋的效果顯然不如狀態反饋系統好，但輸出反饋在技術實現上的方便性則是其突出優點。

工作原理

動態補償器

從系統輸出到狀態向量導數X的線性反饋形式在狀態觀測器中獲得套用，不增加新的狀態變數，系統開環與閉環同維；反饋增益陣都是常矩陣，反饋為線性反饋。在更複雜的情況下，常常要通過引入一個動態子系統來改善系統性能，這種動態子系統，稱為動態補償器。

這類系統的典型例子是使用狀態觀測器的狀態反饋系統。這類系統的維數等於受控系統與動態補償器兩者維數之和。採用反饋連線比採用串聯連線容易獲得更好的性能。

閉環系統的可控性與可觀性

引入各種反饋構成閉環後，系統的可控性與可觀性是關係能否實現狀態控制與狀態觀測的重要問題。

狀態反饋不改變受控系統的可控性，但不保證系統的可觀性不變。

狀態反饋不保持系統的可觀也可作如下解釋：例如，對單輸入單輸出系統，狀態反饋會改變系統的極點，但不影響系統的零點。這樣就有可能使傳遞函式出現零極點對消現象，因而破壞了系統的可觀性。