一种控制论系统性能检测方法
阅读：868发布：2020-05-11
专利汇可以提供一种控制论系统性能检测方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 申请 公开了一种 控制论 系统性能检测方法，基于控制论系统的预设系统模型构建其性能判别矩阵，通过对控制论系统的性能判别矩阵进行转置、行列转换、以及元素消零等处理，获得可用于判定系统性能的终止判别矩阵，由此，基于以上非递归方法实现了对系统性能矩阵的计算，该种方法不受矩阵阶数的限制，也即基于非递归 算法 实现了对高阶行列式的求解，进而根据其求解获得的矩阵的秩实现了对控制论系统的性能检测，提高了高阶行列式的求解效率，进一步提高了控制论系统的性能检测效率。本申请还公开了一种控制论系统性能检测装置、设备及计算机可读存储介质，均具有上述有益效果。，下面是一种控制论系统性能检测方法专利的具体信息内容。
1.一种控制论系统性能检测方法，其特征在于，包括：
获取控制论系统的预设系统模型；
根据所述预设系统模型的模型参数构建初始性能判别矩阵；
判断所述初始性能判别矩阵的主对角线的左下角零元素数量是否低于右上角零元素数量，若是，则对所述初始性能判别矩阵进行转置，获得第一性能判别矩阵；
以所述主对角线的第一个元素为起始点，通过冒泡排序算法对所述第一性能判别矩阵进行行列转换，获得第二性能判别矩阵；
对所述第二性能判别矩阵进行消零处理，获得第三性能判别矩阵，并返回所述行列转换的步骤，直至所述主对角线的所有元素遍历完毕，获得终止性能判别矩阵；
根据所述终止性能判别矩阵中的各元素计算矩阵的秩；
根据所述矩阵的秩实现对所述控制论系统的性能判定。
2.如权利要求1所述的控制论系统性能检测方法，其特征在于，所述预设系统模型为可控性状态方程和/或可观性状态方程，则所述初始性能判别矩阵为可控性性能判别矩阵和/或可观性性能判别矩阵。
3.如权利要求2所述的控制论系统性能检测方法，其特征在于，所述根据所述预设系统模型的模型参数构建初始性能判别矩阵包括：
根据所述可控性状态方程确定输入矩阵和状态矩阵；
根据所述可观性状态方程确定输出矩阵；
通过所述输入矩阵和所述状态矩阵构建所述可控性性能判别矩阵；
通过所述输出矩阵和所述状态矩阵构建所述可观性性能判别矩阵。
4.如权利要求3所述的控制论系统性能检测方法，其特征在于，所述根据所述矩阵的秩实现对所述控制论系统的性能判定，包括：
当所述可控性性能判别矩阵对应的矩阵的秩为满秩时，则判定所述控制论系统具有可控性；
当所述可观性性能判别矩阵对应的矩阵的秩为满秩时，则判定所述控制论系统具有可观性。
5.如权利要求1所述的控制论系统性能检测方法，其特征在于，所述根据所述终止性能判别矩阵中的各元素计算矩阵的秩，包括：
以所述终止性能判别矩阵的第一行为起始点进行遍历，从左向右统计所述第一行的零元素数量，当出现非零元素时停止遍历，并跳转至所述第一行的下一行进行遍历，直至所有行遍历完毕，获得所述终止性能判别矩阵中每一行的零元素数量值；
删除各所述零元素数量值中的重复值以及与所述终止性能判别矩阵的阶数相等的零元素数量值，获得各筛选后零元素数量值；
对各筛选后零元素数量进行加和统计，获得所述矩阵的秩。
6.如权利要求1至5任意一项所述的控制论系统性能检测方法，其特征在于，通过指针对各个矩阵进行定义。
7.一种控制论系统性能检测装置，其特征在于，包括：
模型获取模块，用于获取控制论系统的预设系统模型；
矩阵构建模块，用于根据所述预设系统模型的模型参数构建初始性能判别矩阵；
矩阵转置模块，用于判断所述初始性能判别矩阵的主对角线的左下角零元素数量是否低于右上角零元素数量，若是，则对所述初始性能判别矩阵进行转置，获得第一性能判别矩阵；
行列转换模块，用于以所述主对角线的第一个元素为起始点，通过冒泡排序算法对所述第一性能判别矩阵进行行列转换，获得第二性能判别矩阵；
矩阵消零模块，用于对所述第二性能判别矩阵进行消零处理，获得第三性能判别矩阵，并返回所述行列转换的步骤，直至所述主对角线的所有元素遍历完毕，获得终止性能判别矩阵；
矩阵的秩计算模块，用于根据所述终止性能判别矩阵中的各元素计算矩阵的秩；
性能判定模块，用于根据所述矩阵的秩实现对所述控制论系统的性能判定。
8.如权利要求7所述的控制论系统性能检测装置，其特征在于，所述矩阵构建模块包括：
可控性参数确定单元，用于根据所述可控性状态方程确定输入矩阵和状态矩阵；
可观性参数确定单元，用于根据所述可观性状态方程确定输出矩阵；
可控性性能判别矩阵构建单元，用于通过所述输入矩阵和所述状态矩阵构建所述可控性性能判别矩阵；
可观性性能判别矩阵构建单元，用于通过所述输出矩阵和所述状态矩阵构建所述可观性性能判别矩阵。
9.一种控制论系统性能检测设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任意一项所述的控制论系统性能检测方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任意一项所述的控制论系统性能检测方法的步骤。
一种控制论系统性能检测方法
技术领域
背景技术
[0002] 数学在人工智能中扮演着不可或缺的角色，人工智能技术归根结底都是通过数学模型建立的，而数学模型又都离不开线性代数的理论框架。因此，线性代数不仅仅是人工智能的基础，更是现代数学和以现代数学作为主要分析方法的众多学科的基础，其中，行列式则是线性代数中最基本的概念和工具。
[0003] 在控制论系统中，一般可通过对行列式进行求解对其进行性能判定，目前，行列式的计算方法多种多样，如递归法、定义法、三角形法、降阶法、数学归纳法以及加边升阶法等。其中，递归法是一种非常简洁明了的方法，它是按行列式的某一列或某一行进行展开，然后逐渐地往下递归，将高阶的行列式降阶为很多低阶余子式，当找到容易求解的低阶余子式时，再往上回溯，从而求解出行列式。
[0004] 然而，递归法更加适用于阶数比较低的行列式，但随着行列式阶数的升高，会导致计算量的大幅增加，且计算过程较为复杂，具体而言，递归调用本身需要使用系统栈，每次分配函数内存以及栈都需要时间，当未达到递归的边界条件时，随着分配次数的增加，重复的计算将会导致计算效率的降低，进而导致控制论系统性能检测效率的降低。
[0005] 因此，如何有效提高高阶行列式的求解效率，以进一步提高控制论系统的性能检测效率是本领域技术人员亟待解决的问题。发明内容
[0006] 本申请的目的是提供一种控制论系统性能检测方法，该性能检测方法可有效提高控制论系统的性能检测效率；本申请的另一目的是提供一种控制论系统性能检测装置、设备以及计算机可读存储介质，也具有上述有益效果。
[0007] 为解决上述技术问题，本申请提供了一种控制论系统性能检测方法，所述控制论系统性能检测方法包括：
[0008] 获取控制论系统的预设系统模型；
[0009] 根据所述预设系统模型的模型参数构建初始性能判别矩阵；
[0010] 判断所述初始性能判别矩阵的主对角线的左下角零元素数量是否低于右上角零元素数量，若是，则对所述初始性能判别矩阵进行转置，获得第一性能判别矩阵；
[0012] 对所述第二性能判别矩阵进行消零处理，获得第三性能判别矩阵，并返回所述行列转换的步骤，直至所述主对角线的所有元素遍历完毕，获得终止性能判别矩阵；
[0013] 根据所述终止性能判别矩阵中的各元素计算矩阵的秩；
[0014] 根据所述矩阵的秩实现对所述控制论系统的性能判定。
[0015] 优选的，所述预设系统模型为可控性状态方程和/或可观性状态方程，则所述初始性能判别矩阵为可控性性能判别矩阵和/或可观性性能判别矩阵。
[0016] 优选的，所述根据所述预设系统模型的模型参数构建初始性能判别矩阵包括：
[0017] 根据所述可控性状态方程确定输入矩阵和状态矩阵；
[0018] 根据所述可观性状态方程确定输出矩阵；
[0019] 通过所述输入矩阵和所述状态矩阵构建所述可控性性能判别矩阵；
[0020] 通过所述输出矩阵和所述状态矩阵构建所述可观性性能判别矩阵。
[0021] 优选的，所述根据所述矩阵的秩实现对所述控制论系统的性能判定，包括：
[0022] 当所述可控性性能判别矩阵对应的矩阵的秩为满秩时，则判定所述控制论系统具有可控性；
[0023] 当所述可观性性能判别矩阵对应的矩阵的秩为满秩时，则判定所述控制论系统具有可观性。
[0024] 优选的，所述根据所述终止性能判别矩阵中的各元素计算矩阵的秩，包括：
[0025] 以所述终止性能判别矩阵的第一行为起始点进行遍历，从左向右统计所述第一行的零元素数量，当出现非零元素时停止遍历，并跳转至所述第一行的下一行进行遍历，直至所有行遍历完毕，获得所述终止性能判别矩阵中每一行的零元素数量值；
[0026] 删除各所述零元素数量值中的重复值以及与所述终止性能判别矩阵的阶数相等的零元素数量值，获得各筛选后零元素数量值；
[0027] 对各筛选后零元素数量进行加和统计，获得所述矩阵的秩。
[0028] 优选的，通过指针对各个矩阵进行定义。
[0029] 为解决上述技术问题，本申请还提供了一种控制论系统性能检测装置，所述控制论系统性能检测装置包括：
[0030] 模型获取模块，用于获取控制论系统的预设系统模型；
[0031] 矩阵构建模块，用于根据所述预设系统模型的模型参数构建初始性能判别矩阵；
[0032] 矩阵转置模块，用于判断所述初始性能判别矩阵的主对角线的左下角零元素数量是否低于右上角零元素数量，若是，则对所述初始性能判别矩阵进行转置，获得第一性能判别矩阵；
[0033] 行列转换模块，用于以所述主对角线的第一个元素为起始点，通过冒泡排序算法对所述第一性能判别矩阵进行行列转换，获得第二性能判别矩阵；
[0034] 矩阵消零模块，用于对所述第二性能判别矩阵进行消零处理，获得第三性能判别矩阵，并返回所述行列转换的步骤，直至所述主对角线的所有元素遍历完毕，获得终止性能判别矩阵；
[0035] 矩阵的秩计算模块，用于根据所述终止性能判别矩阵中的各元素计算矩阵的秩；
[0036] 性能判定模块，用于根据所述矩阵的秩实现对所述控制论系统的性能判定。
[0037] 优选的，所述矩阵构建模块包括：
[0038] 可控性参数确定单元，用于根据所述可控性状态方程确定输入矩阵和状态矩阵；
[0039] 可观性参数确定单元，用于根据所述可观性状态方程确定输出矩阵；
[0040] 可控性性能判别矩阵构建单元，用于通过所述输入矩阵和所述状态矩阵构建所述可控性性能判别矩阵；
[0041] 可观性性能判别矩阵构建单元，用于通过所述输出矩阵和所述状态矩阵构建所述可观性性能判别矩阵。
[0042] 为解决上述技术问题，本申请还提供了一种控制论系统性能检测设备，所述控制论系统性能检测设备包括：
[0044] 处理器，用于执行所述计算机程序时实现上述任意一种控制论系统性能检测方法的步骤。
[0045] 为解决上述技术问题，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任意一种控制论系统性能检测方法的步骤。
[0046] 本申请所提供的一种控制论系统性能检测方法，包括获取控制论系统的预设系统模型；根据所述预设系统模型的模型参数构建初始性能判别矩阵；判断所述初始性能判别矩阵的主对角线的左下角零元素数量是否低于右上角零元素数量，若是，则对所述初始性能判别矩阵进行转置，获得第一性能判别矩阵；以所述主对角线的第一个元素为起始点，通过冒泡排序算法对所述第一性能判别矩阵进行行列转换，获得第二性能判别矩阵；对所述第二性能判别矩阵进行消零处理，获得第三性能判别矩阵，并返回所述行列转换的步骤，直至所述主对角线的所有元素遍历完毕，获得终止性能判别矩阵；根据所述终止性能判别矩阵中的各元素计算矩阵的秩；根据所述矩阵的秩实现对所述控制论系统的性能判定。
[0047] 可见，本申请所提供的控制论系统性能检测方法，基于控制论系统的预设系统模型构建其性能判别矩阵，通过对控制论系统的性能判别矩阵进行转置、行列转换、以及元素消零等处理，获得可用于判定系统性能的终止判别矩阵，由此，基于以上非递归方法实现了对系统性能矩阵的计算，该种方法不受矩阵阶数的限制，也即基于非递归算法实现了对高阶行列式的求解，进而根据其求解获得的矩阵的秩实现了对控制论系统的性能检测，提高了高阶行列式的求解效率，进一步提高了控制论系统的性能检测效率。
[0049] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0050] 图1为本申请所提供的一种控制论系统性能检测方法的流程示意图；
[0051] 图2为本申请所提供的一种控制论系统性能检测装置的结构示意图；
[0052] 图3为本申请所提供的一种控制论系统性能检测设备的结构示意图。
具体实施方式
[0053] 本申请的核心是提供一种控制论系统性能检测方法，该性能检测方法可有效提高控制论系统的性能检测效率；本申请的另一核心是提供一种控制论系统性能检测装置、设备以及计算机可读存储介质，也具有上述有益效果。
[0054] 为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
[0055] 请参考图1，图1为本申请所提供的一种控制论系统性能检测方法的流程示意图，该控制论系统性能检测方法可以包括：
[0056] S101：获取控制论系统的预设系统模型；
[0057] 控制论系统一般为线性系统，可通过其系统模型实现性能检测，因此，首先需要对控制论系统进行模型构建，获得上述预设系统模型。其中，该预设系统模型的构建过程可采用现有技术中的任意一种，本申请在此不再赘述。进一步，在完成模型构建对控制论系统进行性能检测时，直接调取该预设系统模型即可。
[0058] S102：根据预设系统模型的模型参数构建初始性能判别矩阵；
[0059] 本步骤旨在基于预设系统模型实现初始性能判别矩阵的构建，具体可根据预设系统模型的模型参数实现。其中，对控制论系统进行不同性能的判定，其对应的初始判别矩阵也各不相同，但其具体类型并不影响本技术方案的实施，因此，本申请对此不做限定。
[0060] 优选的，上述预设系统模型为可控性状态方程和/或可观性状态方程，则初始性能判别矩阵为可控性性能判别矩阵和/或可观性性能判别矩阵。
[0061] 在控制论中，对于一个控制论系统来说，能控性和能观性是对动态系统进行稳定分析、状态估计、系统辨识以及实现最优化等有关问题研究的基础。因此，本实施例提供了一种较为具体的性能判定类型，即对控制论系统进行可控性和可观性两种性能的判定，因此，上述预设系统模型可以为可控性状态方程和/或可观性状态方程，对应的，上述初始性能判别矩阵可以为可控性性能判别矩阵和/或可观性性能判别矩阵。
[0062] 优选的，上述根据预设系统模型的模型参数构建初始性能判别矩阵可包括：根据可控性状态方程确定输入矩阵和状态矩阵；根据可观性状态方程确定输出矩阵；通过输入矩阵和状态矩阵构建可控性性能判别矩阵；通过输出矩阵和状态矩阵构建可观性性能判别矩阵。
[0063] 本实施例提供了一种较为具体的初始性能判别矩阵的构建方法，该构建方法针对于上述可控性和可观性两性能。具体的，可控性状态方程的模型参数为状态矩阵和输入矩阵，可观性状态方程的模型参数为状态矩阵和输出矩阵，其中，可控性状态方程和可观性状态方程的状态矩阵相同，从任意一个初始性能判别矩阵中获取即可，本申请对此不做限定，例如，在本实施例中，选择基于可控性方程获取。此外，上述输入矩阵、输出矩阵以及状态矩阵均为预设系统模型的固有参数。进一步，基于输入矩阵和状态矩阵即可实现可控性性能判别矩阵的构建，基于输出矩阵和状态矩阵即可实现可观性性能判别矩阵的构建。
[0064] S103：判断初始性能判别矩阵的主对角线的左下角零元素数量是否低于右上角零元素数量，若是，则对初始性能判别矩阵进行转置，获得第一性能判别矩阵；
[0065] 本步骤旨在实现矩阵的转置，具体的，以初始性能判别矩阵的主对角线为基准，分别对其左下角和右上角的零元素进行数量统计，获得上述左下角零元素数量和上述右上角零元素数量，并对二者进行比较，当左下角零元素数量低于右上角零元素数量时，对初始性能判别矩阵进行转置，获得上述第一性能判别矩阵。
[0066] S104：以主对角线的第一个元素为起始点，通过冒泡排序算法对第一性能判别矩阵进行行列转换，获得第二性能判别矩阵；
[0067] 本步骤旨在实现矩阵的行列转换，具体可基于冒泡排序算法实现，其中，上述主对角线的第一个元素即为第一性能判别矩阵第一行第一列的元素。具体而言，首先，可将第一行第一列元素所在行作为起始位置和以最后一行最后一列元素所在行作为终止位置的矩阵成为子矩阵，进一步，通过冒泡排序的方法，将此时第一行第一列元素所在列的下方元素不为零的所有行通过行交换交换到子矩阵的上方，元素为零的所有行通过行交换交换到子矩阵的下方，从而得到上述第二性能判别矩阵。
[0068] S105：对第二性能判别矩阵进行消零处理，获得第三性能判别矩阵；
[0069] S106：判断主对角线的所有元素是否遍历完毕，若否，则返回S104，若是，则执行S107；
[0070] S107：获得终止性能判别矩阵；
[0071] 本步骤旨在实现矩阵的消零处理，具体是对第一行第一列元素所在列下方不为零的元素所对应的所有行，与第一行第一列元素所在行进行两两消零处理，处理完毕后，返回S104以主对角线的第二个元素，也即第二行第二列元素为起始点对消零处理后的性能判别矩阵进行行列转换和消零处理，以此依次遍历，直至矩阵中主对角线的最后一个元素，也即最后一行最后一列元素遍历结束，终止遍历，获得终止性能判别矩阵。
[0072] S108：根据终止性能判别矩阵中的各元素计算矩阵的秩；
[0073] 本步骤旨在实现矩阵的秩的计算，具体根据终止性能判别矩阵中的各个元素实现该计算过程，矩阵的秩的求解过程可参照已有技术中的任意一种，并不影响本技术方案的实施。
[0074] 优选的，上述根据终止性能判别矩阵中的各元素计算矩阵的秩，可以包括：以终止性能判别矩阵的第一行为起始点进行遍历，从左向右统计第一行的零元素数量，当出现非零元素时停止遍历，并跳转至第一行的下一行进行遍历，直至所有行遍历完毕，获得终止性能判别矩阵中每一行的零元素数量值；删除各零元素数量值中的重复值以及与终止性能判别矩阵的阶数相等的零元素数量值，获得各筛选后零元素数量值；对各筛选后零元素数量进行加和统计，获得矩阵的秩。
[0075] 本实施例提出了较为具体矩阵的秩的计算方法，具体是以终止性能判别矩阵的第一行为起始位置，对终止性能判别矩阵中的所有行进行如上遍历，最后通过对矩阵中的零元素进行如上筛选后获得零元素的数量值，从而实现矩阵的秩的计算。
[0076] S109：根据矩阵的秩实现对控制论系统的性能判定。
[0077] 本步骤旨在根据矩阵的秩实现对控制论系统的性能判定，具体而言，当矩阵的秩为满秩时，其对应的系统性能满足要求，其系统性能检测通过。
[0078] 优选的，上述根据矩阵的秩实现对控制论系统的性能判定，可包括：当可控性性能判别矩阵对应的矩阵的秩为满秩时，则判定控制论系统具有可控性；当可观性性能判别矩阵对应的矩阵的秩为满秩时，则判定控制论系统具有可观性。
[0079] 对于控制论系统的可控性和可观性而言，各自性能判别矩阵对应的矩阵的秩为满秩时，即可判定该控制论系统具有可控性和可观性，性能检测通过，否则检测失败。
[0080] 作为一种优选实施例，通过指针对各个矩阵进行定义。
[0081] 计算机作为一种能够按照程序运行，自动、高速处理海量数据的现代化智能电子设备，能够非常高效地解决海量数据计算的问题，通过利用计算机的速度优势以及优化的算法，可以实现对高阶行列式的快速计算。其中，C++是在C语言的基础上开发的一种面向对象编程语言，应用非常广泛。因此，本申请所提供的技术方案可通过C++来实现。
[0082] 由于是对高阶行列式进行求解，其首先需要考虑的则是行列式的存储问题。具体的，在C++中，当定义一个数组时，必须要确定数组的大小，因此在定义二维数组时想要保证二维数组的大小足够大，可以把二维数组定义为a[100][100]，但是，该种实现方式并不能求解大于100阶的行列式，同时，如果使用该种方式存储低阶行列式，又将占用很大的内存空间。
[0083] 因此，为解决上述问题，可以采用指针对二维数组进行定义，也即对上述各个矩阵进行定义。具体的，C++中的mallow()函数可以实现二维数组大小的动态定义，由此即可根据用户的需求来分配内存空间；进一步，可采用指针的方式对数组进行访问，以提高对数组的访问速度，进而提升程序的执行速度。由此，当输入性能判别矩阵时，即可根据输出的值是否为0来快速判别控制论系统的能控性和能观性。
[0084] 本申请所提供的控制论系统性能检测方法，基于控制论系统的预设系统模型构建其性能判别矩阵，通过对控制论系统的性能判别矩阵进行转置、行列转换、以及元素消零等处理，获得可用于判定系统性能的终止判别矩阵，由此，基于以上非递归方法实现了对系统性能矩阵的计算，该种方法不受矩阵阶数的限制，也即基于非递归算法实现了对高阶行列式的求解，进而根据其求解获得的矩阵的秩实现了对控制论系统的性能检测，提高了高阶行列式的求解效率，进一步提高了控制论系统的性能检测效率。
[0085] 在上述各个实施例的基础上，本申请提供了更为具体的控制论系统性能检测方法，该控制论系统性能检测方法的具体实现流程如下：
[0086] 首先，对控制论系统的可控性性能和可观性性能进行介绍：
[0087] (1)对于可控性，n1阶线性定常连续系统的状态方程(可控性状态方程)为：
[0088] x(t)＝Ax(t)+Bu(t)，x(0)＝x0，t≥0；
[0089] 其中，x为n1维状态向量，u为p1维输入向量，A和B分别为n1*n1状态矩阵和n1*p1输入矩阵，为系统的固有参数，不随时间变化；可控性状态方程是通对过线性定常连续系统建模得出的。通过判别矩阵Гc[A，B]n1-q1判断系统的可控性，该线性定常连续系统完全可控的充要条件为：
[0090] rankГc[A，B]n1-q1＝rank[B AB … An1-q1B]＝n1；
[0091] 其中，q1＝rankB，q1≤p1；
[0092] 该方法是对一般秩判据的改进，适用于多输入系统，可减少不必要的计算。
[0093] (2)对于可观性，n2阶线性定常连续系统的状态方程为：
[0094] x(t)＝Cx(t)，x(0)＝x0，t≥0，y(t)＝Dx(t)；
[0095] 其中，x为n2维状态向量，y为p2维输出向量，C和D分别为n2*n2状态矩阵和p2*n2输出矩阵，为系统的固有参数，不随时间变化；可观性状态方程是通过对线性定常连续系统建模得出的。通过判别矩阵Гo[C,D]n2-q2判断系统的可观性，该线性定常连续系统完全能观的充要条件为：
[0096] rankГo[C,D]n2-q2＝rank[D DC … DCn2-q2]T＝n2；
[0097] 其中，q2＝rankD，q2≤p2；
[0098] 类似于可控性的判别，该方法也是对一般秩判据的改进，适用于多输入系统，减少不必要的计算。
[0099] 基于上述阐述，可以看出，如果M＝Гc[A，B]n1-q1＝[B AB … An1-q1B]满秩，且q1＝rankB，则该控制论系统能控，否则不能控；如果N＝Гo[C,D]n2-q2＝[D DC … DCn2-q2]T满秩，且q2＝rankD，则该控制论系统能观，否则不能观。
[0100] 进一步，上述判别条件可转换为求解行列式|M|和行列式|N|的秩的问题，若行列式不为0，则满秩，否则不满秩，其具体求解过程如下：
[0101] S1.假设方阵a(行列式|M|或|N|)的阶数为n阶，其中aii(1≤i≤n)表示主对角线上的元素。首先判断方阵a的左下角零元素个数left_up_num和右上角的零元素个数right_down_num，若left_up_num＜right_down_num，则对方阵a进行转置得到a1，即a1＝aT，此时|a|＝|a1|。对主对角元素aii进行遍历，令p＝1，c＝0；
[0102] S2.在每一次遍历中，对主对角线元素aii的所在行以及其下方的所有行进行处理，通过冒泡排序的方法，以aii所在行作为起始位置和以ann所在行作为结束位置的矩阵记为b(子矩阵)，把此时aii所在列下方元素不为零的所有行通过行交换交换到b的上方，该列元素为零的所有行通过行交换交换到b的下方，从而得到一个新的行列式|a2|，此时|a|＝|a2|，统计该过程中所有行交换的次数t，令c+＝t；
[0103] S3.完成行交换后，若此时行列式|a2|的aii不为0，则根据行列式的性质，记元素aii所在列下方不为0的元素所对应的所有行数为k，将其分别与元素aii所在行进行两两消零处理，其处理过程中产生的系数可用p来存储，具体来说：对这k行进行遍历操作，每次遍历中，将第j行的所有元素乘以元素aii，其中1≤j≤k，此时p*＝1/aii，减去ak+i i乘以元素aii所在行的所有元素，此时p*＝1/ak+i i，然后再将元素aii所在行的所有元素除以ak+i i，此时p*＝ak+i i，本次遍历结束后，若j＜k，则对下一行进行遍历；对k行遍历操作结束后，得到一个新的行列式|a3|，此时|a|＝|a3|，至此完成一次对主对角元素aii的遍历，本次遍历结束后，若i＜n，则重复S2和S3步骤；
[0104] S4.上述所有遍历结束后，最后行列式会被化为左下角元素为0的阶梯型左下三角方阵，计算最终行列式|a3|的主对角线元素的乘积，记为pa，此时会得到行列式|a|＝(-1)cppa；进一步，遍历|a3|的每一行，每一次遍历中，从左到右统计该行的零元素个数z，若遇到非零元素，则结束本次遍历进行下一次遍历，所有z中除去重复数和值为n的z的个数即为矩阵的秩r。
[0105] 最后，即可根据上述计算获得的矩阵的秩实现对控制论系统的性能判定。
[0106] 本申请实施例所提供的控制论系统性能检测方法，基于控制论系统的预设系统模型构建其性能判别矩阵，通过对控制论系统的性能判别矩阵进行转置、行列转换、以及元素消零等处理，获得可用于判定系统性能的终止判别矩阵，由此，基于以上非递归方法实现了对系统性能矩阵的计算，该种方法不受矩阵阶数的限制，也即基于非递归算法实现了对高阶行列式的求解，进而根据其求解获得的矩阵的秩实现了对控制论系统的性能检测，提高了高阶行列式的求解效率，进一步提高了控制论系统的性能检测效率。
[0107] 为解决上述问题，请参考图2，图2为本申请所提供的一种控制论系统性能检测装置的结构示意图，该控制论系统性能检测装置可包括：
[0108] 模型获取模块10，用于获取控制论系统的预设系统模型；
[0109] 矩阵构建模块20，用于根据预设系统模型的模型参数构建初始性能判别矩阵；
[0110] 矩阵转置模块30，用于判断初始性能判别矩阵的主对角线的左下角零元素数量是否低于右上角零元素数量，若是，则对初始性能判别矩阵进行转置，获得第一性能判别矩阵；
[0111] 行列转换模块40，用于以主对角线的第一个元素为起始点，通过冒泡排序算法对第一性能判别矩阵进行行列转换，获得第二性能判别矩阵；
[0112] 矩阵消零模块50，用于对第二性能判别矩阵进行消零处理，获得第三性能判别矩阵，并返回行列转换的步骤，直至主对角线的所有元素遍历完毕，获得终止性能判别矩阵；
[0113] 矩阵的秩计算模块60，用于根据终止性能判别矩阵中的各元素计算矩阵的秩；
[0114] 性能判定模块70，用于根据矩阵的秩实现对控制论系统的性能判定。
[0115] 作为一种优选实施例，上述矩阵构建模块20可包括：
[0116] 可控性参数确定单元，用于根据可控性状态方程确定输入矩阵和状态矩阵；
[0117] 可观性参数确定单元，用于根据可观性状态方程确定输出矩阵；
[0118] 可控性性能判别矩阵构建单元，用于通过输入矩阵和状态矩阵构建可控性性能判别矩阵；
[0119] 可观性性能判别矩阵构建单元，用于通过输出矩阵和状态矩阵构建可观性性能判别矩阵。
[0120] 作为一种优选实施例，上述性能判定模块70可包括：
[0121] 可控性性能判定单元，用于当可控性性能判别矩阵对应的矩阵的秩为满秩时，则判定控制论系统具有可控性；
[0122] 可观性性能判定单元，用于当可观性性能判别矩阵对应的矩阵的秩为满秩时，则判定控制论系统具有可观性。
[0123] 作为一种优选实施例，上述矩阵的秩计算模块60可包括：
[0124] 遍历单元，用于以终止性能判别矩阵的第一行为起始点进行遍历，从左向右统计第一行的零元素数量，当出现非零元素时停止遍历，并跳转至第一行的下一行进行遍历，直至所有行遍历完毕，获得终止性能判别矩阵中每一行的零元素数量值；
[0125] 筛选单元，用于删除各零元素数量值中的重复值以及与终止判别矩阵的阶数相等的零元素数量值，获得各筛选后零元素数量值；
[0126] 矩阵的秩计算单元，用于对各筛选后零元素数量进行加和统计，获得矩阵的秩。
[0127] 对于本申请提供的装置的介绍请参照上述方法实施例，本申请在此不做赘述。
[0128] 为解决上述问题，请参考图3，图3为本申请所提供的一种控制论系统性能检测设备的结构示意图，该控制论系统性能检测设备可包括：
[0129] 存储器1，用于存储计算机程序；
[0130] 处理器2，用于执行计算机程序时实现如下步骤：
[0131] 获取控制论系统的预设系统模型；根据预设系统模型的模型参数构建初始性能判别矩阵；判断初始性能判别矩阵的主对角线的左下角零元素数量是否低于右上角零元素数量，若是，则对初始性能判别矩阵进行转置，获得第一性能判别矩阵；以主对角线的第一个元素为起始点，通过冒泡排序算法对第一性能判别矩阵进行行列转换，获得第二性能判别矩阵；对第二性能判别矩阵进行消零处理，获得第三性能判别矩阵，并返回行列转换的步骤，直至主对角线的所有元素遍历完毕，获得终止性能判别矩阵；根据终止性能判别矩阵中的各元素计算矩阵的秩；根据矩阵的秩实现对控制论系统的性能判定。
[0132] 对于本申请提供的设备的介绍请参照上述方法实施例，本申请在此不做赘述。
[0133] 为解决上述问题，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时可实现如下骤：
[0134] 获取控制论系统的预设系统模型；根据预设系统模型的模型参数构建初始性能判别矩阵；判断初始性能判别矩阵的主对角线的左下角零元素数量是否低于右上角零元素数量，若是，则对初始性能判别矩阵进行转置，获得第一性能判别矩阵；以主对角线的第一个元素为起始点，通过冒泡排序算法对第一性能判别矩阵进行行列转换，获得第二性能判别矩阵；对第二性能判别矩阵进行消零处理，获得第三性能判别矩阵，并返回行列转换的步骤，直至主对角线的所有元素遍历完毕，获得终止性能判别矩阵；根据终止性能判别矩阵中的各元素计算矩阵的秩；根据矩阵的秩实现对控制论系统的性能判定。
[0135] 该计算机可读存储介质可以包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0136] 对于本申请提供的计算机可读存储介质的介绍请参照上述方法实施例，本申请在此不做赘述。
[0137] 说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0138] 专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
[0139] 结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
[0140] 以上对本申请所提供的控制论系统性能检测方法、装置、设备以及计算机可读存储介质进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围要素。
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