系统的低阶模型主要包括以下方法,这些方法通过简化模型结构来降低计算复杂度,同时保留原系统的动态特性:
一、线性化方法
通过线性变换将高阶非线性系统转化为低阶线性系统。例如,在状态空间模型中,用低阶状态向量$F_x$代替原高阶变量$x$的集结法,或采用主振型方法保持系统动态特征。
二、主振型保持方法
在多自由度系统中,保留系统的主要振动模式(主振型),将其他次要模式进行简化或舍弃。例如在液压伺服系统的MRACS(模型参考自适应控制)方法中,通过选择关键主振型构建低阶模型。
三、传递函数降阶方法
Pade逼近:
通过多项式近似原传递函数,将高阶系统转化为低阶多项式模型,适用于系统动态特性较稳定的情况。
连分式展开:
将高阶传递函数展开为连分式形式,再通过截断或近似处理得到低阶模型,适用于具有明显奇异点的系统。
四、其他方法
特征值分解:通过矩阵分解技术(如QR分解、奇异值分解)提取系统主要特征,构建低阶模型。
模型简化算法:如基于物理原理的简化模型(如刚体动力学简化、阻尼简化)。
应用示例
以液压伺服系统为例,若其原始四阶模型需跟随一阶参考模型,可采用上述方法将其降阶为低阶对象,从而降低控制器的复杂度并提高实时性能。
综上,低阶模型的构建需根据具体系统特性选择合适方法,常见的技术包括线性化、主振型保持、Pade逼近等,旨在平衡模型精度与计算效率。