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能控性

能控性是控制系統理論中的一個重要概念,它描述了系統狀態變數能否通過外部輸入(如控制信號)進行控制。如果系統能在有限時間內,通過任意幅值的輸入作用,將偏離平衡狀態的任意初始狀態回復到平衡狀態,那麼這個初始狀態被認為是能控的。系統的能控性可以通過其狀態方程和輸入矩陣進行分析。

能控性是動態系統不變的本質特徵之一,與能觀性相對。能觀性關注的是系統內部狀態能否通過外部測量(如輸出信號)進行觀察。對於線性系統,能控性和能觀性的定義及判別條件已經相當成熟。例如,對於線性定常系統,其能控性可以通過計算能控性矩陣的秩來判斷。

能控性不僅與系統的結構有關,還與外部輸入的特性有關。例如,如果系統是線性定常的,那麼其狀態方程的能控性矩陣的秩等於系統維數時,系統是能控的。而對於線性時變系統,能控性的判斷條件更為複雜,且系統的能控性可能依賴於初始時刻的選擇。

在實際套用中,能控性的概念對於控制系統設計至關重要。只有當系統是完全能控的,才有可能設計出具有任意指定性能的閉環控制系統。即使對於漸近穩定的系統設計,也要求系統至少是不完全能控的,且不可控部分必須是穩定的。

綜上所述,能控性是描述系統對外部控制信號回響能力的重要指標,它對於確保控制系統的性能和穩定性具有重要意義。