线性系统的分离原理——降维观测器情形下的证明
在现代控制理论中讲解分离原理时一般都以全维观测器为例进行证明(刘豹《现代控制理论》p221-p222),事实上,这个定理对于降维观测器也同样成立,证明思路类似,但步骤较为繁琐。下面给出证明。

考虑如下形式的线性系统
这类系统无需进行状态变换就可进行状态观测器设计,需要观测的状态向量为,则设计的状态观测器为
引入的观测值
,且有
,并将
、
合起来作为
构造状态反馈控制律为
由状态反馈控制律的形式,可将状态方程改写为
注意到
则由式(3)(5)以及 ,可将将(2)式改写为
则构成2n维闭环系统为
构造变换矩阵为
则状态变换后的系统矩阵为
则的特征多项式为
其中为状态反馈特征多项式,
为降维观测器特征多项式。由此可知二者相互独立,分离原理成立。