Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Jack H.Dynamic system modeling and control.2004.pdf
Скачиваний:
73
Добавлен:
23.08.2013
Размер:
5.61 Mб
Скачать

state space analysis - 20.1

20. STATE SPACE ANALYSIS

Topics:

Objectives:

20.1INTRODUCTION

-state equations can be converted to transfer functions. The derivation follows.

state space analysis - 20.2

State equations as functions of time

·

 

 

 

 

x = Ax + Bu

 

 

 

y = Cx + Du

 

 

 

In the s-domain

 

 

 

sX X0 = AX + BU

 

 

X( sI A) = BU + X0

 

 

X = ( sI A) –1BU + ( sI A) –1X0

Y = CX + DU

 

 

 

 

Y = C( ( sI A) –1BU + ( sI A) –1X0) + DU

 

Y = ( C( sI A) –1B + D) U + C( sI A) –1X0

Assuming the system starts at rest,

 

Y = ( C( sI A) –1B + D) U

 

Y

= ( C( sI A)

–1

B + D)

(the transfer function)

---

 

U

 

 

 

 

- state equation coefficient matrices can be transformed to another equivalent for, if the state vector is rearranged.

state space analysis - 20.3

State equations as functions of time

·

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x = Ax + Bu

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = Cx + Du

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Map one state vector to another one

 

 

 

 

 

 

x = Tz

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

This can be used to calculate new coefficient matrices

 

 

·

T

–1

( Ax + Bu)

 

 

 

 

 

 

 

 

z =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

·

 

 

–1

( ATz + Bu)

 

 

 

 

 

 

 

z = T

 

 

 

 

 

 

 

 

·

 

 

–1

ATz + T

–1

Bu

 

 

 

 

 

 

 

z = T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

·

 

 

–1

 

 

 

–1

 

 

 

 

 

–1

 

 

 

 

ATz + T

Bu

A = T

AT

 

z = T

 

 

 

 

·

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z = Az + Bu

 

 

 

 

 

 

 

 

The output equation becomes

 

 

 

 

 

 

 

 

y = Cx + Du

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = CTz + Du

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = CTz + Du

 

 

 

C = CT

y = Cz + Du

The equivalent set of state equations is,

·

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

–1

 

 

 

 

 

A =

T

AT

z = Az + Bu

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = Cz + Du

C = CT

 

B = T–1B

D = D

B = T–1B

D = D

state space analysis - 20.4

The two following transfer functions are equivalents

G = C( sI A) –1B + D

G = C( sI A) –1B + D

This can be shown by applying the transformation matrix

G = CTT–1( sI A) –1TT–1B + TT–1D

G = ( CT) ( T–1( sI A) –1T) ( T–1B) + D

G = ( CT) ( ( sI A) –1) ( T–1B) + D

G = C( ( sI A) –1) B + D = G

• The transfer function form can be put into a matrix form. In this case the denominator is the characteristic equation.

The transfer function can be said to be equivalant to the determinants of the matrix form.

( sI A )

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

D

 

 

=

(---------------------------------------------sI A) D – ( B) C

= ( sI A) D + BC( sI A)

 

 

 

 

 

 

 

 

sI A

 

 

 

sI A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( sI A)

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G = C ( sI A) –1B + D = -----------------------------------

 

 

C

D

 

= poles-------------

 

 

sI A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

zeros

 

sI A

 

 

=

characteristic equation = homogeneous

 

 

• The free (homogeneous) response of a system can be used to find the state transition matrix.

state space analysis - 20.5

The homogeneous equation can be written in the s-domain, and then converted to time.

Xh = sI A X0

xh( t) = L–1[ sI A X0]

x

 

( t)

= L

–1

 

 

 

I

A

 

A2

+

A3

+

 

X

 

 

 

 

h

 

 

 

 

-

+ --

+ -----

-----

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s

s

 

s

2

 

s

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xh( t) = eAtx0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

eAt = transition matrix

 

 

 

 

 

 

aside: This expansion is a McLaurin (Taylor) series.

 

 

 

 

At

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2 2

 

1

3 3

 

 

 

 

e = I + At +

----

 

 

 

 

 

----

A t +

 

 

 

 

 

A t +

3!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• The forced response (particular) response of the system can be found using convolution,

The homogeneous equation can be written in the s-domain, and then converted to time.

·

 

 

 

 

 

x = Ax + Bu

 

 

 

x( t) = eAtx( 0) + t

eA( t τ ) Bu( τ ) dτ

0

 

 

 

y = Cx + Du

 

 

 

y( t) = CeAtx( 0) + t

CeA( t τ ) Bu( τ ) dτ + Du( t)

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

initial

 

 

impulse

 

 

response

 

response

• As an example the homogeneous/free response of the system is shown below.

state space analysis - 20.6

Given a second order differential equation, the state matrix can be found,

 

 

 

 

 

 

 

 

··

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F = Mx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

·

= v

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

d

x

 

=

 

0 1

 

x

+

0

 

F

 

 

 

 

 

 

0 1

 

 

 

 

 

·

F

 

 

 

----

 

 

 

1

 

A =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

v

 

 

 

0

0

 

v

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 0

 

 

 

 

 

v

= ----

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

----

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

This can be used to find the inverse matrix,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s 1

 

 

s

1

 

 

 

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

–1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

–1

 

 

 

 

 

0 s

 

----

----

 

 

 

--

----

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 0

 

0

1

 

 

 

 

 

 

s –1

 

 

 

 

 

 

 

s

2

s

2

 

 

 

 

s

 

2

( sI A) –1 = s

 

 

=

 

 

 

=

 

-------------

 

=

 

 

 

=

 

 

s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 1

 

0 0

 

 

 

 

 

 

0 s

 

 

 

 

s2 – 0

 

0 s

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

----

----

 

 

 

0

--

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s2

s2

 

 

 

 

 

s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The function of time can be found assuming an initial position of 10 and velocity of 5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

eAt = L–1[ ( sI A) –1] =

1 t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xh( t) =

x

= e

At

10

=

 

1

t

 

10

=

10 + 5t

v

 

5

 

 

 

0

1

 

5

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• The forced/particular solution is shown below,

Given a second order differential equation, the state matrix can be found,

··

F = Mx

• If a matrix is diagonizable, the diagonal matrix can be found with the following technique. This can be used for more advanced analysis techniques to create diagonal (and

state space analysis - 20.7

separable) system matrices.

Given a matrix A, a purely diagonal matrix may be found,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T–1AT = Λ

 

 

 

A = TΛ T–1

Λ =

λ1

 

 

 

 

… …

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λn

 

This may also be written as,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

eAt = TeΛ tT–1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

eΛ t =

eλ1t

 

 

 

 

 

 

 

 

This can also be applied to the

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

eλnt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

At

1

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e = I + At +

----

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2!A t +

 

–1 2 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

At

–1

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e = I + TΛ T t +

----

( T

Λ T

) t +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Eigenvalues can be found using the following relationship. If any of the Eigenvalues are repeated the Jordan normal form is required.

λI A

 

= 0

Note: the Eigenvalues are the values

 

 

 

 

 

found in the characteristic/homoge-

 

 

 

neous equation solution.

 

 

 

 

The Eigenvalues are then used to find the Eigenvectors,

( λI A) v = 0

Av = λv

The Eigenvectors are then combined into a single matrix, this is the transition matrix.

• example,

state space analysis - 20.8

Given the state matrix

A = –1 2 –3 4

The eigenvalues can be calculated,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λI A

 

=

λ

1 0

–1 2

 

=

 

λ + 1 –2

 

 

 

 

 

0 1

 

–3 4

 

 

 

 

3 λ – 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= λ( + 1) (λ – 4) ( –6) = λ2 – 3λ + 2 = ( λ

 

 

 

 

 

 

 

Therefore the Eigenvalues are,

λ1 = 2

An eigenvector can be calculated using the Eigenvalue 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

–1 2

 

 

u11

 

= λ

1

u11

= 2

 

u11

 

 

 

–3 4

 

 

u21

 

u21

 

u21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2u21 = 3u11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u11 + 2u21 = 2u11

 

 

 

Another eigenvector can be calculated using the Eigenvalue 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

–1 2

 

 

u12

 

= λ

2

u12

= 1

 

u12

 

 

 

–3 4

 

 

u22

 

u22

 

u22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u22 = u12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u12 + 2u22 = u12

 

 

 

The Eigenvectors can be combined to a single matrix.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T =

 

 

 

 

 

 

=

2 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v1 v2

 

 

 

 

 

 

 

 

3 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2) (λ – 1)

λ2 = 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u11

 

 

 

 

v1

=

=

2

u21

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u12

 

 

 

 

v2

=

=

1

u22

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

To check,

 

 

 

Avi = λivi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

u11

, A

u12

 

= 2

 

2

 

,

1

 

1

 

 

 

 

 

u21

u22

 

 

3

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

–1 2

2

,

–1 2

 

1

 

 

 

=

 

 

4

,

1

 

 

–3 4

3

 

 

 

–3 4

 

1

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

,

1

=

 

4

,

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

verified

 

6

 

1

 

 

 

 

 

6

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• If there are repeated Eigenvalues in the system the Jordan Form can be used.

state space analysis - 20.9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λ1

1

0

0

0

 

 

 

 

 

0

λ2

1

0

0

 

 

J =

 

0

0

λ3

0

0

 

Jordan block

 

… …

 

 

 

 

 

 

 

0

0

0

… λ

n – 1

1

 

 

 

 

 

0

0

0

0

λn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Consider the example below with repeated eigenvalues.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

–2

1

1

 

 

Find a matrix, that has repeated eigenvalues, and is not singular

A =

1

–2

1

 

 

 

 

 

1

1

–2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λI A

 

=

 

λ – 2

–1

–1

 

= ( λ + 3) 2( λ – 0)

 

 

 

 

 

 

 

–1 λ – 2 –1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

–1

–1

λ – 2

 

 

state space analysis - 20.10

Solve for the Jordan block one column at a time,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T11

 

 

 

 

 

 

 

T11

 

–2T11 + T21 + T31

 

 

 

–2

1

1

 

 

 

 

1

T21

=

1

–2

1

 

 

T21

=

 

T11 – 2T21 + T31

FIX

 

T31

 

1

1

–2

 

T31

 

 

T11 + T21 – 2T31

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T11

= 2T11 + T21 + T31

 

 

 

T21

=

 

 

 

 

 

T21

= T11 + 2T21 + T31

T21 =

 

 

 

 

T31

 

= T11 + T21 + 2T31

 

 

 

T31

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T12

 

 

 

 

 

 

 

 

T12

 

–2T12 + T22 + T32

 

 

 

 

 

–2

1

1

 

 

1

T22

=

 

1

–2 1

 

T22

=

 

T12 – 2T22 + T32

 

 

 

T32

 

 

1

1

–2

 

T32

 

 

T12 + T22 – 2T32

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T12

= 2T12 + T22 + T32

 

 

 

 

 

 

 

 

T22

= T12 + 2T22 + T32

 

 

 

 

 

 

 

 

T32

= T12 + T22 + 2T32

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T13

 

 

 

 

 

 

 

T13

 

–2T13 + T23 + T33

 

 

–2

1

1

 

0

T23

=

1

–2 1

 

T23

=

 

T13 – 2T23 + T33

 

T33

 

1

1

–2

 

T33

 

 

T13 + T23 – 2T33

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4T13 = 2T13 + T23 + T33

4T23 = T13 + 2T23 + T33

4T33 = T13 + T23 + 2T33

state space analysis - 20.11

• The Eigenvectors can be used to calculate the system response.

Given the following Eigen values and vectors the free

 

 

 

 

 

 

 

λ1 = 2

λ2 = 1

v1

=

2

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

response is,

 

 

 

 

 

v2

=

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2e2t + et

xh

( t) = vieλit =

2

e2t +

1

e1t =

 

i = 1

3

 

1

 

3e

2t

+ e

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• zeros of state space functions can be found using the state matrices.

state space analysis - 20.12

The following relationship locates the zero frequencies in state equations.

 

 

 

 

 

s0I A B

 

 

= 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Consider the example beginning with state equations,

 

 

 

 

 

 

 

 

·

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x = v – 5F

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

·

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v = – 3x – 4v + 5F

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

 

x

 

=

0

 

1

 

 

x

+

 

–5

 

F

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

----

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x =

 

1 0

 

 

+ 0F

dt

 

v

 

 

–3 –4

 

v

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

v

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A =

0

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B =

 

 

–5

 

C =

 

 

 

 

 

 

 

D = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 0

 

–3 –4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

This can be put into the matrix form,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 0

 

0

 

1

–5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 1

 

 

 

 

–3

–4

 

 

 

 

5

 

 

 

= 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

–1

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 s0 + 4 –5

= 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s

0( 0)

– ( –1) ( –4.5) + 5( –( s0 + 4) ) = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

–24.5 = 5s0 s0 = –4.9

There is one zero at -4.9 rad/sec. The order of the polynomial determines the number of zeros. If the polynomial has no ’s’ terms, then there are no zeros.