如何在规范状态空间实现中保留或恢复状态含义

计算科学 matlab 线性系统 造型
2021-12-22 18:36:23

假设有人想将输入输出模型转换为状态空间模型。众所周知,实现过程解决了这方面的问题。假设有以下输入输出 ARX 模型

y(k)=i=1Naaiy(ki)+i=1Nbbiu(ki)

其中,在离散时间步k,y表示模型的输出,并且u表示输入,而aibi是模型的参数。NaNb可以独立选择。

该模型可以转化为合适的四重矩阵A,B,C,D这样可以获得状态空间表示 将具有与前面提到的 ARX 模型相同的传递函数(和相同的动力学)。

x(k+1)=Ax(k)+Bu(k)y(k)=Cx(k)+Du(k)

众所周知,实现过程不是唯一的,即同一输入输出模型的状态空间形式有无限可能的实现。在不同的可能性中,由于不同的原因,规范形式被广泛采用(可控性和可观察性)。

然而,这些规范形式的主要缺点之一是,将失去原始输入和输出量(即)与由规范实现过程产生的状态之间的关系。 ARX 型号。这通常会导致状态数组不一定反映物理量。y(ki)u(ki)x

人们总是可以实现他/她自己版本的实现方案,以确保保持结果状态的物理意义。

我的问题是:当规范形式用于状态空间实现时,有没有办法恢复状态含义并将它们映射到 ARX 模型的输入和输出的原始物理量?

1个回答

不,这是不可能的。实际上,不依赖此类推论是一个好习惯。早在任何事情之前,他们往往会妨碍某些操作,并且某些操作不会保持结构,例如平衡和模型缩减。就单位而言,它们也不是那么有用。例如,测量信号上的噪声不应该有任何单位,因为它对信号本身起作用,但不一定是原始物理现象。因此,从扰动到输出的输入恰好具有开尔文作为一个单位并没有真正意义。wiyj

这种状态表示,尤其是“物理上有意义”的状态,在病态方面通常是最差的。不仅如此,它们要么将模态信息编码为“有意义的”,要么编码特征多项式,例如伴随形式。最好将代数关系抽象出来。

最后,如果您的系统是 MIMO,那么得到的状态空间表示很可能是非最小的,因此您在声称“描述相同的动态”时需要格外小心。