AffineStateSpaceModel

AffineStateSpaceModel[{a,b,c,d},x]

表示仿射状态空间模型 , .

AffineStateSpaceModel[sys]

给出对应于系统模型 sys 的仿射状态空间模型.

AffineStateSpaceModel[eqns,{{x1,x10},},{{u1,u10},},{g1,},t]

给出通过对微分方程 eqns 关于独立变量 xixi0 、输入 ujuj0 进行泰勒输入线性化得到的仿射状态空间模型,其中输出为 gi,独立变量为 t.

更多信息和选项

范例

打开所有单元关闭所有单元

基本范例  (1)

仿射系统 ,其中输出为

使用方程形式的输入:

对单位阶跃输入的响应:

范围  (27)

基本用法  (5)

具有3个状态 、1个输入和1个输出的系统:

对单位阶跃输入的响应:

具有2个输入和1个输出的系统:

计算各种性质:

具有1个输入和2个输出的系统:

泰勒线性化,以获得 StateSpaceModel

指定状态的运行值:

单位阶跃输入的状态轨迹:

显式指定输入、输出和独立量:

计算跟踪信号 的反馈律:

绘出闭环响应:

系统转换  (6)

StateSpaceModel 的仿射表示:

指定所需的状态变量名:

TransferFunctionModel 的仿射表示:

NonlinearStateSpaceModel 的泰勒输入线性化:

一组常微分方程组的仿射模型:

常微分方程中的任意非线性输入变量被线性化了:

仿射模型可以精确地表示为 NonlinearStateSpaceModel

仿射模型在转换为线性模型时被线性化:

模型操作  (5)

在模型 , 中,d 的默认值为零:

默认值 c 是标识映射(未排版):

通过与每个状态变量相关联定义操作的运行值:

改变状态的运行值:

改变状态、输入和输出变量:

新的状态、输入、输出和(默认)时间变量:

使用 Normal 得到模型值 的完整列表:

改变状态变量为 αβ

如果不指定可选变量,则认为是默认的符号:

运行值  (10)

使用 SystemsModelDelete 删除的状态和输入被设定为其运行值:

未被 SystemsModelExtract 提取的状态和输入也是如此:

如果指定了旧的状态,StateSpaceTransform 计算新状态的运行值:

默认情况下,模拟函数假定运行值为初始值:

StateResponse

OutputResponse

StateSpaceModel 关于运行值线性化:

在到 NonlinearStateSpaceModel 的转换中,运行值被保存:

FullInformationOutputRegulator 关于运行值线性化,以计算增益

从线性化的子系统计算增益:

如果给出了运行值 ControllableModelQ 检验在 的可控性:

系统在通用点是可控的:

ControllableDecomposition 的行为相似:

如果给出了运行值 ObservableModelQ 检验在 的可观测性:

系统在通用点是可观测的:

ObservableDecomposition 的行为相似:

FeedbackLinearize 在运行值被线性化:

默认情况下,线性化发生在原点,这在某些情况下可能导致问题:

可用属性列表:

推广和延伸  (1)

运行值作为 给出的变量被认为是 :

选项  (3)

默认情况下,会选择适合笔记本显示屏的外观:

SystemsModelLabels  (2)

具有4种状态的倒立摆模型:

标注输入、输出和状态:

替换或指定新变量标签:

应用  (18)

Mechanical Systems  (9)

根据牛顿方程的旋转运动方程 (扭矩等于惯量乘以角加速度)模拟摆的运动:

对所施加的转矩输入 方程是仿射的:

根据其拉格朗日量n 和广义坐标 ,模拟球形摆锤:

具有广义力 的运动方程由 给出:

该方程是仿射的并在 AffineStateSpaceModel 中精确表示:

根据其哈密顿量 模拟双摆,其中 是广义坐标, 是广义动量, 是其拉格朗日量:

对扭矩输入 的运动方程

该方程在扭矩输入 是仿射的:

模拟一个小车上的倒立摆,并设计一个线性稳定的控制器:

使用拉格朗日量建模法,其中广义坐标为 ,输入为

使用线性化系统设计控制器:

评价初始摆锤角为 40° 的闭环系统的性能:

模拟在梁上平衡的球. 求是否能仅从梁的角度 观察到所有的内部状态:

使用广义坐标 和输入 (扭矩):

状态 可以从 的度量估计:

模拟汽车的动力学装置,其中控制输入为驱动速度和转向角速率. 说明该汽车可以通过控制输入的组合来对侧向运动进行控制:

驱动速度 和转向角速率 是使得模型中无动态的输入:

AffineStateSpaceModel 表明汽车在各个方向都是可控的:

但线性模型不是:

一个结合了驱动和转向操作的控制输入范例:

该模型对输入的状态响应:

创建模型的图形:

可视化结果:

雪橇在水平面上的可控性,其中驱动力 和扭矩 为输入: »

该系统的模型:

线性系统是不可控的:

只使用一个输入的仿射系统是可控的:

计算平面垂直起降(PVTOL)飞机的零动态: »

作为输入建模:

反馈线性化显示出不稳定的残留动态:

一个非完整约束积分:

仿射系统是可控的,而它的泰勒线性化不是:

电气系统  (4)

模拟一个他激式直流电动机,用电枢电压、励磁电压和负载转矩作为输入,并查看在线性近似磁极上阻尼的影响: »

系统模型:

线性系统显示子系统有不同的零点:

作为阻尼系数的系统极点是多种多样的:

模拟在 d-q (直-交)旋转坐标系中的感应电动机,并用它来获得一个相坐标作为输出的模型: »

状态为 且输入为 的模型:

相电流和通量的转换,一个纯增益矩阵:

相电流和通量作为输出的模型:

使用运动学方程(它表示广义坐标和准速度之间的关系)和动态方程(通过庞加莱方程得到),组合三相同步电动机的模型. 输入是负载转矩 、布朗德尔电压 和绕组电压 »

广义坐标是转子角度、定子绕组电荷和励磁绕组电荷:

准速度选取为角速度、布朗德尔电流和励磁电流:

运动学关系是

结构系数 相对于由 给定的基准:

以准速度表示的拉格朗日量:

广义力的计算方法为 ,其中 为 Lur'e 型势函数:

从拉格朗日量、结构系数 和广义力 组合庞加莱方程

运动学方程和庞加莱方程可以放在一起,以获得仿射模型:

对不同的非线性特性模拟蔡氏电路:»

仿射模型:

一个函数,绘制系统对不同非线性的响应:

分段线性非线性的响应:

另一种分段线性非线性:

三次非线性:

线性情形:

化学系统  (5)

比较仿射模型和线性模型对连续发酵反应的模拟: »

指定模型,输入为 ,状态为 ,输出为 ,即生产效率:

线性化系统:

模拟生产效率,从生物质和基板的初始浓度开始:

仿真结果表明,非线性行为与线性行为显著不同:

对于使用频率技术在非等温连续搅拌釜式反应器(CSTR)中的反应,比较仿射模型和线性模型: »

组合模型,其中 为输入, 为状态:

通过关于原点的泰勒线性化,得到它的 TransferFunctionModel

BodePlot 给出线性系统的频率响应:

在频率1的增益衰减和相位滞后可以通过读取坐标来获得:

计算线性和仿射系统的响应:

下图表明,与线性化系统的预测相比,仿射系统的衰减较小,但相位滞后较大:

在等温 CSTR 中,得到反应的零动态 »

仿射模型,其中状态为 ,输入为

其向量的相对阶数是

这意味着有一个阶数为 的残留系统:

零动态的行为适当,因为

使用精确线性化设计一个调节器,调节环戊烯醇合成过程 , 的浓度,其中 是环戊二醇(cylopentandiol)和二环戊二烯(dicyclopentadien): »

仿射模型的项,其中状态为 ,输入为 ,即稀释率:

确定稳态值:

组合仿射模型:

反馈线性化系统:

残留动态是稳定的:

因此控制器可以使用线性化的动力学进行设计:

闭环系统:

模拟系统:

与开环系统的响应进行比较:

气体保护电弧焊过程可以用仿射系统进行模拟. 设计一个可以保持指定弧长的反馈律: »

状态是 ,输入是基准电流 ,

计算反馈律,使用 AsymptoticOutputTracker 保持弧长为1厘米:

烙铁头到工件的距离随机变化:

闭环系统:

仿真结果表明,跟踪得到了保持:

属性和关系  (4)

通过线性化状态和输入,AffineStateSpaceModel 转换为 StateSpaceModel

相反方向的转换是精确的:

通过线性化输入,NonlinearStateSpaceModel 转换为 AffineStateSpaceModel

相反方向的转换是精确的:

通过状态和输入线性化,转换为 TransferFunctionModel

相反方向的转换是精确的:

StateSpaceTransform 可能生成 NonlinearStateSpaceModel

由此产生的模型不是线性输入:

可能存在的问题  (1)

输入向量字段必须输入矩阵的列:

使用 Transpose 把它们按列排列:

Wolfram Research (2014),AffineStateSpaceModel,Wolfram 语言函数,https://reference.wolfram.com/language/ref/AffineStateSpaceModel.html.

文本

Wolfram Research (2014),AffineStateSpaceModel,Wolfram 语言函数,https://reference.wolfram.com/language/ref/AffineStateSpaceModel.html.

CMS

Wolfram 语言. 2014. "AffineStateSpaceModel." Wolfram 语言与系统参考资料中心. Wolfram Research. https://reference.wolfram.com/language/ref/AffineStateSpaceModel.html.

APA

Wolfram 语言. (2014). AffineStateSpaceModel. Wolfram 语言与系统参考资料中心. 追溯自 https://reference.wolfram.com/language/ref/AffineStateSpaceModel.html 年

BibTeX

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