NonlinearStateSpaceModel

NonlinearStateSpaceModel[{f,g},x,u]

表示模型 , .

NonlinearStateSpaceModel[sys]

给出对应于系统模型 sys 的状态-空间表示.

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

给出微分方程 eqns 的状态-空间模型,方程含有因变量 xi,输入变量 ui,工作值 xi0ui0,输出 gi 和自变量 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)

定义非线性系统 ,输出为

初始状态在原点,绘制系统对阶跃输入的响应:

范围  (19)

基本用途  (5)

系统有2个状态 ,1个输入 ,1个输出:

给出输入和输出的数目:

系统的阶数:

有两个输入,一个输出的系统:

对其中一个输入通道施加单位阶跃信号,另一个输入为零,系统响应为:

有1个输入,2个输出的系统:

纯增益系统:

将增益系统和原始系统串联起来:

指定状态的工作值:

通过关于工作值的线性化,获取 StateSpaceModel

明确指定输出和自变量:

系统转换  (4)

指定状态下,StateSpaceModel 的非线性表示:

缺省状态下,TransferFunctionModel 的非线性状态-空间表示:

AffineStateSpaceModel 的非线性表示,保存状态:

一组 ODE 的非线性状态-空间表示:

模型操控  (3)

设置新的状态、输入和输出变量:

状态为 ,输入为 ,输出为

Normal 获取模型参数:

工作值  (6)

SystemsModelDelete 删除掉的状态和输入被设置为工作值:

没有被 SystemsModelExtract 提取的状态和输入也同样被设置为工作值:

如果旧的状态被变换,StateSpaceTransform 会计算新状态的工作值:

缺省情况下,仿真函数假设工作值为初始值:

StateResponse:

OutputResponse:

StateSpaceModel 将模型关于所有工作值线性化:

AffineStateSpaceModel 只将模型关于输入变量的工作值线性化:

NonlinearStateSpaceModel 保留和 ODE 一起指定的工作值:

FullInformationOutputRegulator 关于工作值线性化来计算增益

由线性化子系统计算增益:

可用属性列表:

推广和延伸  (1)

形式给出的变量及其工作值被视为

选项  (2)

默认情况下,选择适合在笔记本中显示的外观:

SystemsModelLabels  (1)

标注系统输出及状态:

应用  (5)

化学系统  (2)

NonlinearStateSpaceModel 来指定一个双池系统的方程并进行仿真:

利用伯努利定律和质量平衡推导微分方程:

采用稳态工作值

输入为 ,输出为 ,定义相应的非线性系统:

如果流量的稳态值较高,池内的液位也会稳定在较高的位置:

用一个 PID 控制器来控制下面第二个溶液池的液位:

利用线性化模型和 PIDTune 获取 PID 控制器:

指定第二个溶液池中液位的分段参考值:

仿真的结果显示了闭环系统和参考值的对比情况:

航空航天系统  (2)

求飞机的纵向动力学模型 的运动方程,其中状态 ,输入 »

在这里, 为用 αδe 表示的多项式:

空气动力学参数和模型参数:

利用 ,其中 为航迹倾角, 为俯仰角:

求在指定飞行速度 下,稳定 、水平 飞行的稳定状态:

定义状态变量和初值:

状态 ,输入为 ,飞机的非线性状态-空间模型为:

用 2×2 传递函数表示线性化系统:

右半平面的极点导致系统不稳定:

右半平面的零点导致非极小相位:

BodePlot 显示速度 比航迹倾角 受到的影响大:

飞机的六自由度运动方程. 关于轴 的旋转 的旋转矩阵: »

欧拉角 的旋转矩阵:

将一个向量从机体坐标系转换至地球坐标系的变换矩阵:

从地球坐标系转换至机体坐标系:

检验两者是否互逆:

地球坐标系 和机体坐标系 示意图:

用速度分量 表示欧拉角速率:

欧拉角的运动学方程:

航迹变量 的运动学方程:

假定 平面为对称平面,惯性矩阵为:

可以用 来计算角动量

作用于飞机上的力及力矩:

可以通过解力矩方程 来获取角速度的状态方程,其中 为空气动力力矩向量:

旋转运动的动力学方程:

作用在飞机上的力为空气动力 、重力和推力

可以通过牛顿定律 获取平移运动的动力学方程:

完整的飞机运动方程:

纵向动力学模型对应于状态

侧向动力学模型对应于状态

扩展卡尔曼滤波器  (1)

设计一个扩展卡尔曼滤波器来跟踪带轮子的机器人:

机器人模型:

假定所有的测量都包含噪声,协方差为

滤波器的增益 基于状态的协方差

包含有噪声的测量值 的估计状态的微分方程的右边为:

协方差矩阵 的微分方程的右边为:

NonlinearStateSpaceModel 组成估算器:

根据初始位置 和一组输入仿真机器人的行踪:

有噪声的测量值:

根据系统输入和含噪声的测量值仿真滤波器的响应:

比较变量 的实际值、含噪声的值和滤波以后的值:

变量

变量

属性和关系  (3)

通过对输入做线性化处理,可将 NonlinearStateSpaceModel 转换成 AffineStateSpaceModel

相反方向的转换是精确的:

通过对状态和输入做线性化处理,可将 NonlinearStateSpaceModel 转换成 StateSpaceModel

相反方向的转换是精确的:

通过对状态和输入做线性化处理,还可将其转换成 TransferFunctionModel

相反方向的转换是精确的:

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

文本

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

CMS

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

APA

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

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