状态观测器(R.W.巴斯等人提出的概念)

状态观测器

状态观测器是一种用于估算系统内部状态的动态系统，通常被称为状态重构器。这一概念由D.G.吕恩伯格、R.W.巴斯和J.E.贝特朗等人于60年代初提出，旨在解决无法直接测量状态变量的问题。状态观测器不仅使得状态反馈技术得以实现，还在控制工程领域有着广泛的应用。

原理简介

状态观测器的设计原理是基于给定的线性系统理论。状态观测器本身也是一个线性定常系统，具有以下基本要求：

以系统的外部变量（输入变量和输出变量）作为输入变量。

系统稳定。

输出变量是原始系统状态变量$x$的实时估计值，且与$x$之间的时间误差应该迅速衰减。

状态观测器的构建方法因需求不同而异。其中最基本的形式是开环状态观测器，这是一种简单的观测器形式，实际上是对被观测系统的一种复制模型。然而，由于初始条件难以匹配以及对外部干扰和参数变化的敏感性较差，开环状态观测器的实际应用价值有限。

闭环状态观测器能够克服开环状态观测器的局限性。渐近状态观测器便是一种闭环状态观测器，其中被观测系统的输出变量$y$可以对观测器系统进行修正。通过选择适当的矩阵$M$，可以使观测器满足特定的快速性要求。相比于开环状态观测器，渐近状态观测器在抗干扰性和灵敏度方面表现更佳。

另一种状态观测器类型是降维观测器，其维度低于被观测系统的维度。降维观测器利用从被观测系统输出$y$中直接获取状态$x$的信息，从而实现降维。这些观测器因为其低维度和简单的构造，在实践中更具实用性。