非线性控制系统分析
3描述函数法一．本质非线性特性的谐波线性化 1．谐波线性化具有本质非线性的非线性元件在正弦输入作用下在其非正弦周期函数的输出响应中假设只有基波分量有意义从而将本质非线性特性在这种假设下视为线性特性的一种近似 3．应用描述函数法分析非线性系统的前提 a 非线性特性具有奇对称心 b非线性系统具有图a所时的典型结构 c非线性部分输出xt中的基波分量最强 d非线性部分Gs的低通滤波效应较好 b非线性特性的描述函数的求取方法二．典型非线性特性的描述函数 1饱和特性的描述函数 2死区特性描述函数 3间隙特性的描述函数 1 引言第七章非线性控制系统分析非线性指元件或环节的静特性不是按线性规律变化非线性系统如果一个控制系统包含一个或一个以上具有非线性静特性的元件或环节则称这类系统为非线性系统其特性不能用线性微分方程来描述一．控制系统中的典型非线性特性下面介绍的这些特性中一些是组成控制系统的元件所固有的如饱和特性死区特性和滞环特性等这些特性一般来说对控制系统的性能是不利的另一些特性则是为了改善系统的性能而人为加入的如继电器特性变增益特性在控制系统中加入这类特性一般来说能使系统具有比线性系统更为优良的动态特性非线性系统分析饱和特性 2死区特性危害使系统输出信号在相位上产生滞后从而降低系统的相对稳定性使系统产生自持振荡危害使系统输出信号在相位上产生滞后从而降低系统的相对稳定性使系统产生自持振荡 4继电器特性功能改善系统性能的切换元件 4继电器特性特点使系统在大误差信号时具有较大的增益从而使系统响应迅速而在小误差信号时具有较小的增益从而提高系统的相对稳定性同时抑制高频低振幅噪声提高系统响应控制信号的准确度本
质非线性不能应用小偏差线性化概念将其线性化非本质非线性可以进行小偏差线性化的非线性特二．非线性控制系统的特性 1对于线性系统描述其运动状态的数学模型量线性微分方程它的根本标志就在于能使用叠加原理而非线性系统其数学模型为非线性微分方程不能使用叠加原理由于两种系统特性上的这种差别所以它的运动规律是很不相同的目前还没有像求解线性微分方程那样求解非线性微分方程的通用方法而对非线性系统一般并不需要求解其输出响应过程通常是把讨论问题的重点放在系统是否稳定系统是否产生自持振荡计算机自持振荡的振幅和频率消除自持振荡等有关稳定性的分析上 2在线性系统中系统的稳定性只与其结构和参数有关而与初始条件无关对于线性定常系统稳定性仅取决于特征根在s平面的分布但非线性系统的稳定性除和系统的结构形式及参数有关外还和初始条件有关在不同的初始条件下运动的最终状态可能完全不同如有的系统初始值处于较小区域内时是稳定的而当初始值处于较大区域内时则变
出现更为复杂的情况 3在非线性系统中除了从平衡状态发散或收敛于平衡状态两种运动形式外往往即使无外作用存在系统也可能产生具有一定振幅和频率的稳定的等幅振荡自持振荡无外作用时非线性系统内部产生的稳定的等幅振荡称为自持振荡简称自振荡改变非系统的结构和参数可以改变自持振荡的振幅和频率或消除自持振荡对线性系统围绕其平衡状态只有发散和收敛两种运动形式其中不可能产生稳定的自持振荡 4在线性系统中输入为正弦函数时其输出的稳态分量也是同频率的正弦函数输入和稳态输出之间仅在振幅和相位上有所不同因此可以用频率响应来描述系统的固有特性而非线性系统输出的稳态分量在一般情况下并不具有与输入相同的函数形式三．非线性系统的研究方法
现在尚无一般的通用方法来分析和设计非线性控制系统对非本质非线性系统基于小偏差线性化概念来处理对本质非线性系统二阶系统相平面法高阶系统描述函数法 2相平面法相平面法是一种通过图解法求解二阶非线性系统的准确方法一．基本概念二．线性系统的相轨迹奇点相轨迹的斜率不能由该点的坐标值单值地确定的点称为奇点 6 三相轨迹的绘制 b直接积分法 2图解法 a等倾线法等倾线在相平面内对应相轨迹上具有等斜率点的连线四由相轨迹求时间解五．非线性系统的相平面分析 1．基本概念实奇点奇点位于对应的线性工作区域内虚奇点奇点位于对应的线性工作区域外极限环极限环是相平面图上一个孤立的封闭轨迹所有极限环附近的相轨迹都将卷向极限环或从极限环卷出极限环内部或外部的相轨迹总是不可能穿过极限环而进入它的外部或内部 1稳定极限环在极限环附近起始于极限环外部或内部的相轨迹均收敛与该极限环这时系统表现为等幅持续振荡 2不稳定极限环在极限环附近的相轨迹是从极限环发散出去在这种情况下如果相轨迹起始于极限环内则该相轨迹收敛于极限环内的奇点如果相轨迹起始于极限环外则该相轨迹发散至无穷远 3半稳定极限环如果起始于极限环外部的相轨迹从极限环发散出去而起始于极限环内部各点的相轨迹收敛于极限环或者相反起始于极限环外部各点的相轨迹收敛于极限环而起始于极限环内部各点的相轨迹收敛于圆点一般非线性系统可用分段线性微分方程来描述在相平面的不同区域内代表该非线性系统运动规律的微分方程是线性的因而每个区域内的相轨迹都是线性系统的相轨迹仅在不同区域的边界上相轨迹要发生转换区域的边界线称为开关线或转换线因此一般非线性系统相轨迹实际上就是分段线性系统相轨迹我们只需做好相轨迹在开关线上的衔接工作用相平面法分析非线性系统的一般步骤 1将非线性特
性用分段的直线特性来表示写出相应线段的数学表达式 2首先在相平面上选择合适的坐标一般常用误差及其导数分别为横纵坐标然后将相平面根据非线性特性分成若干区域使非线性特性在每个区域内都呈线性特性 3确定每个区域的奇点类别和在相平面上的位置 4在各个区域内分别画出各自的相轨迹 5将相邻区域的相轨迹根据在相邻两区分界线上的点对于相邻两区具有相同工作状态的原则连接起来便得到整个非线性系统的相轨迹 6基于该相轨迹全面分析二阶非线性系统的动态及稳态特性例 2非线性系统方框图如图所示试取其系统在输入信号例3 式中线性区宽度线性区特性的斜率式中死区宽度 -线性输出的斜率式中间隙宽度间隙特性斜率变增益特性式中 -变增益特性斜率-切换点设一个二阶系统可以用下列常微分方程描述 1 如果以和作为变量则可有 2 用第一个方程除第二个方程有
3 这是一个以为自变量以为因变量的方程如果能解出该方程则可以用2式把的关系计算出来因此对方程1的研究可以用研究方程3来代替如果把方程1看作质点的运动方程则代表质点的位置代表质点的速度因而也代表了质点的动量用和描述方程1的解也就是用质点的状态如位置和动量来表示质点的运动在物理学中这种不直接用时间变量而用状态变量表示运动的方法称为相空间法也称为状态空间法在自动控制理论中把具有直角坐标的和的平面称为相平面相平面是二维的状态空间设描述系统运动的微分方程为分别取和为相平面的横坐标和纵坐标上述方程为则上式代表描述二阶系统自由运动的相轨迹各点处的斜率在及即坐标原点00处的斜率为由此我们有奇点的定义 1无阻尼运动形式积分有 2欠阻尼运动形式 1解析法绘制相轨迹的关键在于找出和的关系用求解微分方程的办法找出的关系从而可在相平面上绘制相轨迹
这种方法称为解析法解析法分为 a消去参变量由直接解出通过求导得到在这
两个解中消去作为参变量的就得到的关系例设描述系统的微分方程为
其中M为常量已知初始条件求其相轨迹解积分有 1 再积
分一次有 2 由12式消去有 M1 M-1 上式可分解为则由可找出得关系在上式中由
可有积分有可见两种方法求出的相轨迹是相同的原理因故有
式中为相轨迹在某一点的切线的斜率令则 I 满足此方程的点出的斜率必
为有上式确定的关系曲线称为等倾线相轨迹必然以的斜率经过等倾线步骤 a
根据等倾线方程式I做出不同值的等倾线 b根轨初始条件确定相轨迹的起始点
c从起始点处的等倾线向相邻的第二条等倾线画直线它的斜率近似等于这两条
相邻等倾线斜率的平均值再从该直线与第二条等倾线的交点向相邻的第三条等
倾线画直线这段直线的斜率等于第二第三等倾线斜率的平均值如此继续下去即
可作出相轨迹 b法原理这里是单值连续函数式中适当选择值以使下面
定义的函数值在所讨论的取值范围内既不太大也不太小函数定义如下函数值
取决于变量和而当和变化很小时可以看作一个常量积分有这是一个以为圆
心以为半径的圆弧附近的相轨迹可用这段圆弧来代替做图步骤①在平面上根
据初始状态的坐标计算出②以为圆心过初始状态作一小段圆弧使系统的状态从
转移到③根据和求出后以为圆心作过的一段圆弧系统状态又以转移到 1根据
求时间解在坐标上在坐标上由图可见从相平面图上横坐标上选
取从相平面图上纵坐标上选取但应是对应的的平均值从相平面图上横坐标上
选取从相平面图上纵坐标上选取但应是对应的的平均值 2．根据求时间解以为
横坐标为纵坐标则有如下轨迹便是阴影部分的面积 3．根据圆弧近似求时间解
相轨迹上由A点运动到D点的时间为 1 2作用下的相轨迹并分析该系
统的特性初始状态解死区特性的数字表达式为线性部分微分方程为而故有根据死区特性系统可分为三个区 I区
II区 III区 1 三个区的微分部分分别为 I II III 在I区常量说明相轨迹是斜率为的直线或的横轴
在II区奇点为奇点正好位于III区分界线上令则有等倾线方程这里斜率为得直线方程过点同理在III区等倾线为起始坐标 2
渐近线实奇点虚奇点例1 求下列方程的奇点并确定奇点类型
1 2 解奇点故可由来确定奇点 1 令在奇点处将进行泰勒
Taylor级数展开故有特征方程故奇点为中心
实验八 非线性控制系统分析
实验八非线性控制系统分析 【实验目的】 1.掌握二阶系统的奇点在不同平衡点的性质。 2.运用Simulink构造非线性系统结构图。 3.利用Matlab绘制负倒描述函数曲线，运用非线性系统稳定判据进行稳定性分析，同 时分析交点处系统的运动状态，确定自振点。 【实验原理】 1.相平面分析法 相平面法是用图解法求解一般二阶非线性系统的精确方法。它不仅能给出系统稳定性信息和时间特性信息，还能给出系统运动轨迹的清晰图像。 设描述二阶系统自由运动的线性微分方程为 分别取和为相平面的横坐标与纵坐标，并将上列方程改写成 上式代表描述二阶系统自由运动的相轨迹各点处的斜率。从式中看出在及，即 坐标原点(0,0)处的斜率。这说明，相轨迹的斜率不能由该点的坐标值单值的确定，相平面上的这类点成为奇点。 无阻尼运动形式()对应的奇点是中心点； 欠阻尼运动形式()对应的奇点是稳定焦点； 过阻尼运动形式()对应的奇点是稳定节点； 负阻尼运动形式()对应的奇点是不稳定焦点； 负阻尼运动形式()对应的奇点是不稳定节点； 描述的二阶系统的奇点(0,0)称为鞍点，代表不稳定的平衡状态。2.描述函数法 设非线性系统经过变换和归化，可表示为非线性部分与线性部分相串联的典型反馈结构如图所示。 从图中可写出非线性系统经谐波线性化处理线性化系统的闭环频率响应为
由上式求得图中所示非线性系统特征方程为 ，还可写成 其中 称为非线性特性的负倒描述函数。若有 使上式成立，便有 或 ，对应着一个正弦周期运动。若系统扰动后，上述周期运 动经过一段时间，振幅仍能恢复为 ，则具有这种性质的周期运动，称为自激振荡。 可见自激振荡就是一种振幅能自动恢复的周期运动。周期运动解 可由特征方程式 求得，亦可通过图解法获得。 由等式在复数平面上分别绘制 曲线和 曲线。两曲线的 交点对应的参数 即为周期运动解。有几个交点就有几个周期运动解。至于该解是 否对应着自激振荡状态，取决于非线性系统稳定性分析。 【实验内容】 1. 相平面分析法 （1）二阶线性系统相平面分析不同奇点的性质 例8-1 设一个二阶对象模型为 2 2 2 ()2n n n G s s s ωξωω= ++ 绘制2,n ωζ=分别为0.5、-0.5、1. 25、0时系统的相平面图及2 4()4 G s s = -的相平面图。 图8-1 当2,0.5n ωζ==时，系统的单位阶跃响应曲线和相平面图
城轨列车网络控制系统第3次作业 -
一、不定项选择题(有不定个选项正确，共7道小题) 1. 程控数字电话交换机的组成包括（）[不选全或者选错，不算完成] (A) 控制系统； (B) 数字交换网络； (C) 用户接口卡； (D) 外围设备。 正确答案：A B D 解答参考： 2. 数字交换网络的数字接线器包括以下哪些类型？（）[不选全或者选错，不算完成] (A) 空分接线器； (B) 时分接线器； (C) 时空接线器； (D) 总线接线器 正确答案：A B C 解答参考： 3. 常规广播是在列车的正常运营过程中所使用的广播，包括（）[不选全或者选错，不算完成] (A) 离开广播； (B) 运营延误； (C) 到达广播； (D) 故障延误。 正确答案：A C 解答参考： 4. 紧急广播为在运营中出现紧急情况时列车使用的广播信息，包括（）[不选全或者选错，不算完成] (A) 区间清客； (B) 疏散乘客； (C) 紧急撒离； (D) 故障延误。 正确答案：A B C 解答参考： 5. 旅客信息系统按控制功能划分为：（）[不选全或者选错，不算完成] (A) 信息源； (B) 中心播出控制层； (C) 车站车载播出控制层；
(D) 车站车载播出显示终端设备。 正确答案：A B C D 解答参考： 6. 旅客信息系统按结构划分为四部分：（）[不选全或者选错，不算完成] (A) 中心子系统； (B) 车站子系统； (C) 网络子系统； (D) 车载子系统。 正确答案：A B C D 解答参考： 7. 实现多址连接的无线通信多址方式有（）[不选全或者选错，不算完成] (A) 频分多址（FDMA）； (B) 时分多址(TDMA）； (C) 空分多址(SDMA）； (D) 码分多址(CDMA）。 正确答案：A B C D 解答参考： 二、判断题(判断正误，共18道小题) 8. 在旅客信息系统中，紧急灾难信息的优先级最高，然后依次是列车服务信息、旅客导向信息、站务信息、公共信息和商业信息。（） 正确答案：说法正确 解答参考： 9. 在旅客信息系统中，高优先级的信息可中断低优先级信息的播出，低优先级的信息也可中断高优先级信息的播出。（） 正确答案：说法错误 解答参考： 10. 二级母钟自动接收标准时间信号，校准自身的时间精度，并分配精确时间给一级母钟。（） 正确答案：说法错误 解答参考： 11. 当一级母钟不能正常接收GPS信号时，则通过自身高稳晶振运作提供时间信号给二级母钟等终端用户，以满足地铁运营的要求。（） 正确答案：说法正确 解答参考：
CRA型动车组和CRA型动车组列车网络控制系统的技术特点
CRH2A型动车组和CRH1A型动车组列车网络控制系统的技术特点 一、CRH2A型动车组网络控制系统： 1、网络控制概述： CRH2动车组列车网络控制系统采用贯穿全车的总线来传送信息，从而减轻了列车的重量，并且通过对列车运行以及车载设备动作的运行信息进行集中管理，可以有效地实现对司机和乘务员的辅助作用，加强对设备的保养和提高对乘客的服务质量。 2、网络控制系统的组成： CRH2动车组列车网络控制系统由监控器和控制传输部分两部分组成。硬件一体化装置，但各自独立构成网络，系统为自律分散型。 控制传输部分为双重系统，确保系统的冗余性。通信采用ARCNET网络标准。头车设置的中央装置为双重系统构成，确保其可靠性。前后中心的控制单元采用母线仲裁。 CRH动车组网络控制系统中引用额车载信息装置和类车信息终端装置构成，同时还有监控显示器以及显示控制器、车内信息显示器、IC读卡器等附属设施。 3、网络控制系统的功能： 1）牵引、制动指令传输； 2）设备启动、关闭指令的传输；3）显示灯/蜂鸣器控制指令传输；4）乘务员支持信息传输；5）服务设备控制信息传输；6）数据记录功能；7）车上试验；8）自我诊断传送线；9）远程装载功能；10）列车信息装置的自我诊断功能；11）信息显示功能。 4、网络控制系统的拓扑结构： CRH2动车组网络控制系统采用列车和车辆两级网络结构。列车网络为连接编组各车辆的通信网络，以列车运行控制为目的，以光纤和双绞线为传输介质，连接各中央装置和终端装置，采用双重环结构。车辆级网络结构为连接车厢内设备的通信网络，主要传输介质为光纤和电流环传输线。 1）列车总线 列车总线有两种类型：其一为列车信息传输线，以光纤为传输介质，连接所有中央装置和终端装置，采用ARCNET协议，传送速度为2.5Mb/s;其二为自我诊断传输网，以双绞线作为传输介质，连接中央装置和终端装置，采用HLC作为通信协议。 列车总线的设备由中央装置、终端装置、显示器、显示控制装置、IC卡架以及车内信息显示器构成。在光纤网中，中央装置和终端装置由双重环形构成的光纤连接，采用不易发生故障的双向环形网络方式。它具有向左和向右两条线路，是一种分散型的系统。如果在一个方向的环绕中检测到没有应答的情况，就向另一个方向的环绕传送，即使在2处以上的线路发生故障，环路网络断开时，也可以继续有其他连接着的正常线路进行传送，避开故障部位。 2)车辆总线： 车辆总线是指中央装置/终端装置与车辆内设备之间信息交换通道。各车的中央/终端装置与车辆设备之间的接口以光传送、电流环传送，DIO等形式传送，他们构成信息网络节点与车载设备的联系通道，车载设备与网络控制系统节点之间爱用点对点通信方式，有多种通信规格，总结如下： 终端装置——设备（牵引变流器/制动控制装置）之间的传送： ①通过点对点连接进行的光纤2线式半双工传送； ②轮询方式； ATC检查记录部和车内引导显示器、空调显示器、自动播放装置、辅助电源装置—监视器部之间的传送。
非线性控制系统分析
3描述函数法一．本质非线性特性的谐波线性化 1．谐波线性化具有本质非线性的非线性元件在正弦输入作用下在其非正弦周期函数的输出响应中假设只有基波分量有意义从而将本质非线性特性在这种假设下视为线性特性的一种近似 3．应用描述函数法分析非线性系统的前提 a 非线性特性具有奇对称心 b非线性系统具有图a所时的典型结构 c非线性部分输出xt中的基波分量最强 d非线性部分Gs的低通滤波效应较好 b非线性特性的描述函数的求取方法二．典型非线性特性的描述函数 1饱和特性的描述函数 2死区特性描述函数 3间隙特性的描述函数 1 引言第七章非线性控制系统分析非线性指元件或环节的静特性不是按线性规律变化非线性系统如果一个控制系统包含一个或一个以上具有非线性静特性的元件或环节则称这类系统为非线性系统其特性不能用线性微分方程来描述一．控制系统中的典型非线性特性下面介绍的这些特性中一些是组成控制系统的元件所固有的如饱和特性死区特性和滞环特性等这些特性一般来说对控制系统的性能是不利的另一些特性则是为了改善系统的性能而人为加入的如继电器特性变增益特性在控制系统中加入这类特性一般来说能使系统具有比线性系统更为优良的动态特性非线性系统分析饱和特性 2死区特性危害使系统输出信号在相位上产生滞后从而降低系统的相对稳定性使系统产生自持振荡危害使系统输出信号在相位上产生滞后从而降低系统的相对稳定性使系统产生自持振荡 4继电器特性功能改善系统性能的切换元件 4继电器特性特点使系统在大误差信号时具有较大的增益从而使系统响应迅速而在小误差信号时具有较小的增益从而提高系统的相对稳定性同时抑制高频低振幅噪声提高系统响应控制信号的准确度本
神经网络实现非线性系统设计范本
神经网络实现非线性系统设计
毕业设计（论文） 中文题目神经网络实现非线性系统设计英文题目 Neural Network Nonlinear System 院系： 年级专业： 姓名： 学号： 指导教师： 职称： 月日
【摘要】神经网络具有极强的非线性及自适应自学习的特性，常被用来模拟判断、拟合和控制等智能行为，成功渗透了几乎所有的工程应用领域，是一个在人工智能方向迅速发展的具有重大研究意义的前沿课题。 本文前两章主要介绍了神经网络的发展背景和研究现状，还有BP 网络的结构原理及相关功能。然后，对如何利用GUI工具和神经网络原理设计非线性系统的基本流程进行了详细的阐述。最后，经过利用Matlab软件进行编程，以及是经过对BP神经网络算法及函数的运用，研究其在函数逼近和数据拟合方面的应用，并分析了相关参数对运行结果的影响。 【关键词】BP网络，GUI，非线性系统 【ABSTRACT】Neural network has a strong nonlinear and adaptive self-organizing properties, often used to simulate the behavior of intelligent decision-making, cognitive control, and the successful penetration of almost all engineering applications, is a rapid development in the direction of artificial intelligence
列车网络系统
目录 列车网络控制系统 (2) 一、列车网络控制系统概述 (2) 1. 列车网络系统的发展 (2) 2. 列车网络控制系统的功能 (4) 二、我国城市轨道交通列车网络控制系统的应用 (5) 1. SIBAS系统 (5) 2. MITRAC.系统 (6) 3. AGATE系统 (9) 4. TIS信息系统 (13) 5. DETECS系统 (15)
列车网络控制系统 一、列车网络控制系统概述 列车网络控制系统是列车的核心部件，它包括以实现各功能控制为目标的单元控制机、实现车辆控制的车辆控制机和实现信息交换的通信网络。列车网络系统的发展过程从系统功能来看经历了由单一的牵引控制到车辆（列车）控制，再到现在已经进入分布式控制系统的发展阶段。 1. 列车网络系统的发展 70年代末至80年代初，车载微机的雏形分别在西门子公司和BBC公司出现。开始仅仅是用于传动装置的控制，随着控制、服务对象的增多，人们把铁道系统依次划分为 6 个层次：公司管理、铁路运营、列车控制、机车车辆控制、传动控制和过程驱动，于是列车通信网络在初期的串行通信总线的基础上应运而生，并从原来不同公司的企业标准推向国际标准，逐步形成了列车通信与控制系统的标准化、模块化的硬件系列和全方位的开发、调试、维护、管理软件工具。 1988年IEC第9 技术委员会TC9成立了第22工作组WG22，其任务是制订一个开放的通信系统，从而使得各种铁道机车车辆能够相互联挂，车上的可编程电子设备能够互换。 1992年6 月, TC9WG22以委员会草案CD（committee Draft）的形式向各国发出列车通信网TCN（Train Communication Network）的征求意见稿。该稿分成4个部分：第1 部分总体结构，第 2 部分实时协议，第 3 部分多功能车辆总线MVB，第4部分绞式列车总线WTB。 总体结构把列车通信网规定为由多功能车辆总线MVB和绞式列车总线WTB 组成。MVB的传输介质可以是双绞线，也可以是光纤。在后一种场合，其跨距为2000m，最多可连接256个职能总线站。数据划分为过程数据、消息数据和监管数据。对过程数据的传输作了优化。发送的基本周期是lms或2ms。 WTB的传输介质为双绞线，最多可连接32个节点，总线跨距860m。WTB 具有列车初运行和接触处防氧化功能。发送的基本周期是25ms。 1994年5 月至1995年9 月，欧洲铁路研究所（ERRI）耗资300万美元，在瑞士的Interlaken至荷兰的阿姆斯特丹的区段，对由瑞士SBB、德国DB、意大利FS、荷兰NS的车辆编组成的运营试验列车进行了全面的TCN试验。 1999年6 月，TCN标准草案正式成为国际标准，即IEC61735。该标准对列
网络控制系统与传统控制系统区别
网络控制系统与传统控制系统区别 摘要：本文对网络控制系统与传统控制系统发展过程，功能特点，主要方法和当前研究热点进行了简要概述。 关键词：网络控制系统传统控制系统区别 1.前言 随着计算机技术和网络技术的不断发展，控制系统正在向智能化、数字化和网络化的方向发展。本文简要回顾了控制网络的发展, 阐述了它与信息网络发展过程的相似性，分析了目前流行的现场总线控制系统的组成及其存在的问题。对于工业以太网做了简单介绍，提出了控制网络结构发展的趋势。 2.计算机控制系统的发展 计算机及网络技术与控制系统的发展有着紧密的联系。最早在50年代中后期，计算机就已经被应用到控制系统中。60年代初，出现了由计算机完全替代模拟控制的控制系统，被称为直接数字控制（Direct Digital Control, DDC ）。70年代中期，随着微处理器的出现，计算机控制系统进入一个新的快速发展的时期，1975年世界上第一套以微处理为基础的分散式计算机控制系统问世，它以多台微处理器共同分散控制，并通过数据通信网络实现集中管理，被称为集散控制系统（Distributed Control System, DCS）。 进入80年代以后，人们利用微处理器和一些外围电路构成了数字式仪表以取代模拟仪表，这种DDC的控制方式提高了系统的控制精度和控制的灵活性，而且在多回路的巡回采样及控制中具有传统模拟仪表无法比拟的性能价格比。 80年代中后期，随着工业系统的日益复杂，控制回路的进一步增多，单一的DDC控制系统已经不能满足现场的生产控制要求和生产工作的管理要求，同时中小型计算机和微机的性能价格比有了很大提高。于是，由中小型计算机和微机共同作用的分层控制系统得到大量应用。 进入90年代以后，由于计算机网络技术的迅猛发展，使得DCS系统得到进一步发展，提高了系统的可靠性和可维护性，在今天的工业控制领域DCS仍然占据着主导地位，但是DCS不具备开放性，布线复杂，费用较高，不同厂家产品的集成存在很大困难。 从八十年代后期开始，由于大规模集成电路的发展，许多传感器、执行机构、驱动装置等现场设备智能化，人们便开始寻求用一根通信电缆将具有统一的通信协议通信接口的
非线性网络控制系统的分析与设计
非线性网络控制系统的分析与设计 文章针对具有未知输入和不确定扰动信号的非线性系统，研究一类以观测器为基础的量化网络化系统故障检测问题。首先，引入时变量化器，对输出信号采用离散量化处理。模拟工业中真是的非线性系统，针对基础的原系统建立故障检测滤波器，最后，通过原系统与观测器的比较，搭建故障检测滤波器误差系统。最后，给出Matlab仿真实例，验证文中方法的有效性。 标签：故障检测滤波器；网络化系统；量化器NCS 前言 NCSs是集自动控制技术、计算机技术和通信技术发展于一体，目前被越来越多的应用于复杂的远程控制系统中，从而实现对终端的远程控制，改变了传统的控制模式。 关于非线性的NCSs的建模和设计要复杂很多，无论是在数学模型的建立，还是工业控制方面的设计，相关的非线性的研究并不是很成熟。文章的设计方法将推广到非线性网络控制系统，设计关于非线性的模型，利用对数量化器联合分析。并最终MATLAB的仿真来判断文章的NCSs模型的稳定性。 1 离散对数量化器 信息在被传输过程中，要经过量化、分割，变为离散信号，才能适用与非线性模型中。这里，首先要将输出信号进行量化，量化分段函数如式（1）： 文章中采用静态对数量化器，设计如下量化标准： 其中，？字是量化密度，u0是初始向量。 每一部分分段函数对应着不同的量化条件，最终应用到整个分段函数达到全部的量化标准。对数量化器定义如式（2）： 2 系统描述 非线性被控对象描述为： （3） 其中，A、B1、B2、C、N1为具有适当维数的已知实常数矩阵， 为状态向量，为输出向量，为L2范数有界的不确定扰动信号向量，为要检测的故障信号向量，g（x（k））为已知的非线性向量函数且满足g（0）=0
非线性控制系统分析样本
第八章非线性控制系统分析 教学目的: 经过学习本章, 使学生掌握秒素函数法与相平面法分析非线性系统的理论基础与应用。 教学要求: (1) 认识非线性系统区别于线性系统的运动过程特点. (2) 掌握描述函数法和相平面法的特点及应用范围. (3) 明确函数的定义及相关概念, 熟悉典型非线性的妙描述和负倒描述函数特 性, 掌握用描述函数法分析非线性系统的稳定性和分析自振, 计算自振参数的方法. 教学课时: 12 学时 教学重点: (1) 非线性的相关概念. (2) 典型系统的相平面表示. (3) 典型非线性系统的描述函数形式. 教学难点: 非线性系统的描述函数求法; 利用负倒数法分析系统稳定性. 本章学时: 12 学时 主要内容: 非线性系统的概述 8.1 描述函数法 8.2 相平面法分析线性控制系统 8.3 8.4利用非线性特性改进系统的控制性能 8.1 非线性系统的概述 8.1.1 非线性模型
㈠组成 -------- x ------ 非线性环节----------- 线性环节---------- 组成: 非线性环节+线性环节 ㈡. 分类 ①从输入输出关系上分: 单值非线性 非单值非线性 1，从形状特性上分: 饱和 死区 回环 继电器 ㈢特点 稳定性与结构, 初始条件有关; 响应 ㈣分析方法 注意: 不能用叠加原理 1. 非线性常微分方程没有同意的求解方法, 只有同意求近似解的方法: a. 稳定性（时域, 频域） : 由李亚普洛夫第二法和波波夫法判断 b. 时域响应: 相平面法（实际限于二阶非线性系统）较精确, 因高阶作用 太复杂 描述函数法：近似性，高阶系统也很方便 研究非线性系统并不需求得其时域响应的精确解，而重要关心其时域响应的性质，
非线性控制系统分析样本
第八章非线性控制系统分析 教学目的 : 经过学习本章, 使学生掌握秒素函数法与相平面法分析非线性系统的理论基础与应用。 教学要求: (1)认识非线性系统区别于线性系统的运动过程特点. (2)掌握描述函数法和相平面法的特点及应用范围. (3)明确函数的定义及相关概念,熟悉典型非线性的妙描述和负倒描述函数 特性,掌握用描述函数法分析非线性系统的稳定性和分析自振,计算自振参数的方法. 教学课时: 12学时 教学重点: (1) 非线性的相关概念. (2) 典型系统的相平面表示. (3) 典型非线性系统的描述函数形式. 教学难点: 非线性系统的描述函数求法; 利用负倒数法分析系统稳定性. 本章学时: 12学时 主要内容: 8.1 非线性系统的概述 8.2 描述函数法 8.3 相平面法分析线性控制系统 8.4 利用非线性特性改进系统的控制性能
8.1非线性系统的概述 8.1.1 非线性模型 ㈠组成 ---------x-------非线性环节---------线性环节------------ 组成: 非线性环节+线性环节 ㈡. 分类 ①从输入输出关系上分: 单值非线性 非单值非线性 1，从形状特性上分: 饱和 死区 回环 继电器 ㈢特点 稳定性与结构, 初始条件有关 ; 响应 ㈣分析方法 注意: 不能用叠加原理 1. 非线性常微分方程没有同意的求解方法, 只有同意求近似解的方法: a. 稳定性( 时域, 频域) : 由李亚普洛夫第二法和波波夫法判断 b. 时域响应: 相平面法( 实际限于二阶非线性系统) 较精确, 因高阶作用
太复杂 描述函数法: 近似性, 高阶系统也很方便 研究非线性系统并不需求得其时域响应的精确解, 而重要关心其时域响应的性质, 如: 稳定性, 自激震荡等问题, 决定它的稳定性范围, 自激震荡的条件, 震荡幅度与频率等。 2，死区继电器: f(e) +m -△e 3 4.滞环特性( 间隙) -m
城轨列车网络控制系统 第2次作业 含答案
专业班学号: 姓名: 《城轨列车网络控制系统错误！未指定书签。》课程 （第2次作业） 评分 评分人 四、主观题(共20道小题) 28.列车自动防护系统（ATP)是一个什么样的系统？ 参考答案：答：城市轨道交通的信号系统中，列车自动防护〔ATP）系统是非常重要的组成部分，它 为列车行驶提供安全保障，有效降低列车驾驶员的劳动强度，提高行车效率。如果没有ATP系统，列 车的行车安全需要由列车驾驶员人工来保障，这样会造成列车驾驶员过度疲劳，产生安全隐患，为行 车作业效率带来负面影响。因此在城市轨道交通中，尤其是在运营作业繁忙的线路上，信号系统中设 里列车自动防护系统是非常必要的，它是行车作业的安全保障和体现。 ATP系统是保证行车安全、防止列车进入前方列车占用区段和防止超速运行的设备。ATP负责 全部的列车运行保护。ATP系统执行以下安全功能：限制速度的接收和解码、超速防护、车门管理、 自动和手动模式的运行、司机控制台接口、车辆方向保证、永久车辆标识。 29.简述ATP系统具有的主要功能。 参考答案：答：ATP车载设备能连续检测列车的位置、监督速度限制、防护点和根据列车在站台区域 的精确停车控制列车车门和站台安全门。联锁是底层的基本防护系统。ATP轨旁设备连续监视和检查 联锁条件，比如道岔的监督、紧急停车按钮监督、侧面防护和其他进路的情况。这些信息是轨旁设备 计算移动授权的基础。 （1）速度监督与超速防护 轨旁设备从联锁和轨道空闲检测系统获得驾驶指令，整理为相应格式的数据后传输至ATP车 载设备。驾驶指令通常包括目标速度、目标距离、最大允许线路速度和线路坡度等。ATP车载设备通 过此数据计算当前位置的列车允许速度。最终将列车运行所需的数据由驾驶室显示器指示给司机。 实际的列车速度和驶过的距离由测速装置连续进行测量。ATP车载设备将列车实际速度与列车允许速 度进行比较。当列车速度超过列车允许速度时，ATP的车载设备就会发出制动命令，发出报警后控制 列车进行常用全制动或实施紧急制动，使列车自动地制动。 （2）测速与测距 列车运行速度的测量是速度控制的依据。速度值的准确和精度直接影响列车控制的效果。 在目标距离模式中，列车位置对于安全性至关重要。如果列车无法掌握它在线路中的准确位置， 那么它就无法保证在障碍物或限制区范围内减速或停下。ATP车载设备通过连续测量列车行驶的距 离，可以随时査找列车的精确位置。 （3）车门与站台安全门的控制 在通常的情况下，在车辆没有停稳在站台或是车辆段转换轨上时，ATP不允许车门开启。当列车 在车站的预定停车区域内停稳且停车点的误差在允许范围以内时，地面定位天线会收到车载定位天线 发送的停稳信号，列车从ATP轨旁设备收到车门开启命令，ATP才会允许车门操作，车载对位天线和 地面对位天线才能很好地感应耦合并进行车门开关操作。有了车门开启命令后，使ATP轨旁设备发送
自动控制原理-第8章 非线性控制系统
8 非线性控制系统 前面几章讨论的均为线性系统的分析和设计方法，然而，对于非线性程度比较严重的系统，不满足小偏差线性化的条件，则只有用非线性系统理论进行分析。本章主要讨论本质非线性系统，研究其基本特性和一般分析方法。 8.1非线性控制系统概述 在物理世界中，理想的线性系统并不存在。严格来讲，所有的控制系统都是非线性系统。例如，由电子线路组成的放大元件，会在输出信号超过一定值后出现饱和现象。当由电动机作为执行元件时，由于摩擦力矩和负载力矩的存在，只有在电枢电压达到一定值的时候，电动机才会转动，存在死区。实际上，所有的物理元件都具有非线性特性。如果一个控制系统包含一个或一个以上具有非线性特性的元件，则称这种系统为非线性系统，非线性系统的特性不能由微分方程来描述。 图8-1所示的伺服电机控制特性就是一种非线性特性，图中横坐标u 为电机的控制电压，纵坐标ω为电机的输出转速，如果伺服电动机工作在A 1OA 2区段，则伺服电机的控制电压与输出转速的关系近似为线性，因此可以把伺服电动机作为线性元件来处理。但如果电动机的工作区间在B 1OB 2区段．那么就不能把伺服电动机再作为线性元件来处理，因为其静特性具有明显的非线性。 图8-1 伺服电动机特性 8.1.1控制系统中的典型非线性特性 组成实际控制系统的环节总是在一定程度上带有非线性。例如，作为放大元件的晶体管放大器，由于它们的组成元件(如晶体管、铁心等)都有一个线性工作范围，超出这个范围，放大器就会出现饱和现象；执行元件例如电动机，总是存在摩擦力矩和负载力矩，因此只有当输入电压达到一定数值时，电动机才会转动，即存在不灵敏区，同时，当输入电压超过一定数值时，由于磁性材料的非线性，电动机的输出转矩会出现饱和；各种传动机构由于机械加工和装配上的缺陷，在传动过程中总存在着间隙，等等。 实际控制系统总是或多或少地存在着非线性因素，所谓线性系统只是在忽略了非线性因素或在一定条件下进行了线性化处理后的理想模型。常见典型非线性特性有饱和非线性、死区非线性、继电非线性、间隙非线性等。 8.1.1.1饱和非线性 控制系统中的放大环节及执行机构受到电源电压和功率的限制，都具有饱和特性。如图8-2所示，其中a x a <<-的区域是线性范围，线性范围以外的区域是饱和区。许多元件的运动范围由于受到能源、功率等条件的限制，也都有饱和非线性特性。有时，工程上还人为引入饱和非线性特
毕业设计列车网络控制系统设计—HXD2型电力机车网络
2012届毕业设计说明书 课题名称：列车网络控制系统设计 —HXD2型电力机车网络控制系统 专业系牵引与动力学院 班级 学生 指导老师 完成日期
2014届毕业设计任务书 一、课题名称：列车网络控制系统分析及故障排除 二、指导老师： 三、设计容与要求 1、课题概述 随着牵引动力的交流化和运行速度的提高，列车上采用微机实现智能化控制的部件或装置也越来越多，各微机系统间的协调和信息交换显得越来越重要。另外，为提高列车的舒适度，各种辅助装置的控制和服务装置的控制都必须纳入到这个微机控制系统中来。因此，列车控制也由单台机车的牵引传动控制逐渐向网络控制方向发展，网络控制技术已经成为核心技术之一。 本课题基于TCN、ARCNET等常见列车通信网络，分析其通信原理和通信特点，着重分析高速动车、大功率交传机车、城轨车辆等多类列车网络控制系统的拓扑结构、控制功能、硬件组成及工作原理，指出网络控制系统中常见的故障现象，阐述其故障应急处理方法。 2、设计容及要求 （1）设计容 本课题下设3个子课题： ①CRH动车组网络控制系统的分析及故障排除 ②HXD交传机车网络控制系统的分析及故障排除 ③城轨车辆网络控制系统的分析及故障排除 每个子课题设计的主要容可包括： ①列车网络控制系统的发展历史及现状分析 ②列车网络控制系统的功能、特点及其与传统机车微机控制系统的区别 ③常见的列车网络通信标准 ④以某个车型为例，从结构、原理、可靠性、实时性等方面详细分析该车型的网络控 制系统 ⑤列车网络控制系统常见故障的判断分析与处理 ⑥结论 （2）要求 ①通过检索文献或其他方式，深入了解设计容所需要的各种信息； ②能够灵活运用《电力电子技术》、《计算机应用技术》、《机车总体》、《列车网络控制 技术》等基础和专业课程的知识来分析城轨列车、大功率机车及高速动车组上的网 络控制系统。
非线性控制系统分析
实验八非线性控制系统分析 实验目的 1.掌握二阶系统的奇点在不同平衡点的性质。 2.运用Simulink构造非线性系统结构图。 3.利用Matlab绘制负倒描述函数曲线，运用非线性系统稳定判据进行稳定性分析，同时分析交 点处系统的运动状态，确定自振点。 实验原理 1.相平面分析法 相平面法是用图解法求解一般二阶非线性系统的精确方法。它不仅能给出系统稳定 性信息和时间特性信息，还能给出系统运动轨迹的清晰图像。 设描述二阶系统自由运动的线性微分方程为 片+ 2冲+承=0 分别取和为相平面的横坐标与纵坐标，并将上列方程改写成 dx _24/ +曲H 上式代表描述二阶系统自由运动的相轨迹各点处的斜率。从式中看出在’「及—，即坐标原点（0,0）处的斜率灯‘以_门。这说明，相轨迹的斜率不能由该点的坐标值单值的确定，相平面上的这类点成为奇点。 无阻尼运动形式（二--）对应的奇点是中心点； 欠阻尼运动形式（「上」）对应的奇点是稳定焦点； 过阻尼运动形式（―-）对应的奇点是稳定节点； 负阻尼运动形式（：=二）对应的奇点是不稳定焦点； 负阻尼运动形式-）对应的奇点是不稳定节点； ■-描述的二阶系统的奇点（0,0）称为鞍点，代表不稳定的平衡状态。 2.描述函数法 设非线性系统经过变换和归化，可表示为非线性部分「与线性部分，相串联的典型反馈结构如图所示。
从图中可写出非线性系统经谐波线性化处理线性化系统的闭环频率响应为 ROM 由上式求得图中所示非线性系统特征方程为■- ，还可写成 呛曲）=- ….或4丁 丁，对应着一个正弦周期运动。若系统扰动后，上述周期运 动经过一段时 间，振幅仍能恢复为 A 二：，则具有这种性质的周期运动，称为自激振荡。 可见自激振荡就是一种振幅能自动恢复的周期运动。周期运动解 A 二：可由特征方程式 求得，亦可通过图解法获得。 由等式 宀小在复数平面上分别绘制|」 曲线和；， 曲线。两曲线的 交点对应的参数即为周期运动解。有几个交点就有几个周期运动解。至于该解是 否对应着自激振荡状态，取决于非线性系统稳定性分析。 实验内容 1?相平面分析法 （1）二阶线性系统相平面分析不同奇点的性质 例8-1设一个二阶对象模型为 绘制、=2, 分别为0.5、-0.5、1.25、0时系统的相平面图及G （s ）= 的相平面图 s 一4 num-4; den=[l 2 4]; daiup (d^n): h j d]=tfZss (num^ den): [巧 x, t]=st*p 〔包 b, Cj d)； subplot (2, 1, 1); plot (t,r );grid; subplot (2. 1,2); plot (X (：, 2),x(\ 1)) ; grid 其中称为非线性特性的负倒描述函数。若有 工使上式成立，便有 G(s)二 s 2 2、s
城轨列车网络控制系统方案
城轨列车网络控制系统第1次作业
作。如图2-1所示的直流轨道电路。1G和3G是两个相邻的轨道电路，他们没有实现极性交叉。当1G有车占用而绝缘破损的情况下，流经轨道继电器1 GJ的电流等于两个轨道电源所供的电流之和，1GJ有可能保持吸起，这将危及行车安全。若按极性交叉来配置，绝缘破损时，轨道继电器中的电流就是两者之差，只要调整得当，1GJ和3GJ都会落下，从而满足了故障安全的要求。 16.计轴器的基本工作原理？ 参考答案：答：计轴器在区间始端和末端各有一传感器，当车轮进入始端轨道传感器作用区时，传感器发出电脉冲信号给计数器，开始计轴进行加轴运算。当车轮进人末端轨道传感器作用区时，传感器同样发出电脉冲给计数器，进行减轴运算。计数器显示如为0，表明此时区间无车占用；如不为0，则表明此时区间有车占用。 17.查询应答器的功能？ 参考答案：答：査询应答器是一种采用电磁感应原理构成的髙速点式数据采集/传输设备，并已成为实现现代轨道交通地面与列车间相互通信的重要设备。查询应答器技术在铁路上的应用比较广泛，例如进行车辆的测速和定位时，在地面固定地点道床上设置应答器，列车上安装査询器，列车经过应答器时通过向地面无源应答器发射能源，通过短程无线电波，使査询器立即从应答器反馈获得列车自身精确定位数值。如在轨道道床上按给定距离敷设多个应答器，则列车从它们可以连续定点地获得定位信息，从获得两个定位信息的间隙时间长短经过处理后，则可以进一步判断求得列车实际运行的速度。 在城轨交通中查询应答器往往应用在运行移动列车和某个固定地点之间的信 息传输。传统的做法是查询器装在机车上，而应答器装在地面轨道上，形成机车査询信息，地面回答所需信息的模式。应答器向八巧车载设备查询器传送的主要信息有：线路基本参数，如线路坡度、轨道区段长度等参数；线路速度信息，如线路最大允许速度、列车最大允许速度等; 临时限速信息，如由于施工等原因需要对列车运行速度进行限制时，向列车提供的临时限速信息；特殊定位信息，如列车定位信息等。 18.什么叫进路？简述进路的种类及其性质。 参考答案：答：车站和车辆段有许多线路，它们通过道岔联结着。列车和调车车列在站运行所经过的径路，称为进路。 车站和车辆段的进路大体上可分为列车进路和调车进路两类。列车进
网络化系统集成优化控制的实现
网络化系统集成优化控制的实现 复杂系统的优化控制问题是近年来研究工作的热点之一，传统的动态大系统递阶控制都是在精确模型的前提下获得的，然而许多实际系统的数学模型仅仅是实际的某种近似，精确模型难以获得，从而难以获得实际系统的最优控制。RobertS针对实际和模型存在差异的情况下，首先提出了动态系统优化与参数估计集成(简称DISOPE)方法，该方法通过迭代求解基于模型最优控制向题和参数估计问题，获得实际问题的真实最优解。将非线性动态大系统递阶控制方法与动态系统优化与参数估计集成方法相结合可形成非线性动态大系统DISOPE算法。 Becerra和Robelts针对连续非线性动态大系统给出了一种递阶DISOPE算法，提出了非线性离散动态大系统的两种递阶优化方法，求解实际非线性离散动态大系统的最优控制。实际中的大系统或复杂系统往往具有分布的区域性和网络化性等特征，同时，随着计算机网络技术和自动控制技术的发展，网络环境下自动化技术得到了飞速的发展，为网络化系统的集成优化控制问题的研究创造了条件。 1、网络化系统及其集成优化控制问题 （1）网络化系统及其特征 复杂系统往往具有分布的区域性和网络性等特征。网络化系统是指网络化的复杂系统，即网络环境下的复杂系统，其特征是通过计算机络将各子系统相连构成一个网络化的复杂大系统，网络环境可以是局域网或是btemet网络。随着计算机网络及其技术的发展，网络通讯技术得到了极大的提高，网络的规模也得到了大大地提升，使得原来分散较难实现的数据输出和交换，可以在一个“贯通”的网络环境中实现，其信息的传输均依赖网络进行。本文研究的网络化系统的集成优化控制是指对网络环境下复杂系统的集成优化控制。 （2）网络化系统的集成优化控制问题 实际系统中的优化问题无处不在，同时由于计算机网络及其技术的发展，使得分散的、具有区域特征的复杂系统形成了具有鲜明特征的网络化系统，对网络化系统的集成优化控制问题进行研究具有重要的理论意义和实际应用价值。本文就是将集成优化控制方法与网络自动化技术相结合，对网络化系统的集成优化控制方法进行了研究。
列车网络控制系统
2014届毕业设计任务书 列车网络控制系统分析及故障排除 专业系轨道交通系 班级城轨车辆 111班 学生姓名赵蒙 指导老师陶艳 完成日期 2014届毕业设计任务书 一、课题名称： 城轨车辆电力牵引交流传动控制系统的分析及故障排除 二、指导老师： 陶燕 三、设计内容与要求： 1、课题概述: 随着电力电子技术的发展，电力牵引交流传动系统逐步替代了早期的直流牵引传动系统，在轨道交通领域得到了广泛应用，成为铁路实现高速和重载运输的唯一选择和主要发展方向。而交流传动控制系统是交传机车和电动车组的核心部件，是列车运行的神经中枢系统。分析该系统的工作原理，掌握常见故障的处理方法有着非常重要的现实意义。 本课题主要分析电力牵引交流传动控制系统的组成结构及各组成部件的主要功能原理，以及常见的交流传动控制技术；分析系统常见的故障现象及应急处理方法。 2、设计内容与要求： （1）设计内容 本课题下设3个子课题： ①CRH动车组交流传动控制系统的分析及故障排除 ②HXD交传机车传动控制系统的分析及故障排除 ③城轨车辆交流传动控制系统的分析及故障排除 每个子课题设计的主要内容可包括： a.电力牵引交流传动控制系统的发展历史及现状分析 b.电力牵引交流传动控制系统的组成结构分析
c.电力牵引交流传动控制系统主要组成部件功能和原理分析 d.各种交流传动控制技术的对比和分析 e.电力牵引交流传动控制系统的常见故障排除 f.结论 （2）要求 a.通过检索文献或其他方式，深入了解设计内容所需要的各种信息； b.能够灵活运用《电力电子技术》、《交流调速技术》、《CRH动车组》《HXD型电力机车》等基础和专业课程的知识来分析电力机车交流传动控制系统。 c.要求学生有一定的电力电子，轨道交通专业基础。 四、设计参考书 1、《现代变流技术与电气传动》 2、《电力牵引交流传动与控制》 3、《CRH2动车组》、《CRH3动车组》 4、《HXD1型电力机车》 5、《HXD2型电力机车》 6、《HXD3型电力机车》 五、设计说明书内容 1、封面 2、目录 3、内容摘要(200-400字左右，中英文) 4、引言 5、正文（设计方案比较与选择，设计方案原理、分析、论证，设计结果的说明及特 点） 6、结束语 7、附录(参考文献、图纸、材料清单等) 六、设计进程安排 第1周：资料准备与借阅，了解课题思路。 第2-3周：设计要求说明及课题内容辅导。 第4－7周：进行毕业设计，完成初稿。 第7-10周：第一次检查，了解设计完成情况。 第11周：第二次检查设计完成情况，并作好毕业答辩准备。 第12周：毕业答辩与综合成绩评定。 七、毕业设计答辩及论文要求 1、毕业设计答辩要求 （1）答辩前三天，每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文、专题报告等必要
非线性控制系统的相平面分析法讲解
7-5 非线性控制系统的相平面分析法 相平面法在分析非线性系统时是很有用处的。但是，我们在介绍非线性系统的分析方法之前，先讨论一下相平面法在分析线性二阶系统中的应用是很有好处的。因为许多非线性元件特性一般都可分段用线性方程来表示，所以非线性控制系统也可以用分段线性系统来近似。 一、线性控制系统的相平面分析 1、阶跃响应 设线性二阶控制系统如图7-38所示。若系统开始处于平衡状态。试求 系统在阶跃函数)(1)(0t R t r ?= 作用下，在e e -平面上的相轨迹。 建立系统微分方程式，由图示系统可得 Ke c c T =+ 因为c r e -=，代入上式得 r r T Ke e e T +=++ （7-31） 对于->?=0),(1)(0t t R t r 时，0)()(==t r t r 因此上式可写成 0=++Ke e e T （7-32） 方程（7-32）与（7-22）式相仿。因为假设系统开始处于平衡状态，所以误差信号的初始条 件是0)0(R e =和0)0(=e 。e e -平面上的相轨迹起始于)0,(0R 点，而收敛于原点(系统的奇点)。当系统特征方程的根是共轭复数根，并且位于左半平面时，其相轨迹如图7-39(a) 所示。根据e e -平面上的相轨迹就可方便的求得c c -平面上系统输出的相轨迹，如图7-39(b)所示。由图7-39可见，欠阻尼情况下系统的最大超调量P σ及系统在稳态时的误差 为零。因为e e -平面相轨迹最终到原点，即奇点；所以在c c -平面上相轨迹最终到达0R c =的稳态值，则奇点坐标为)0,(0R 。 2、斜坡响应 对于斜坡输入t V t r 0)(=；当0>t 时，)(t r 的导数0)(V t r = 及0)(=t r 。因此，方程（7-31）可以写成 0V Ke e e T =++ 或 0)(0 =-++K V e K e e T 令v e K V e =-0，代入上式，则有 0V Ke e e T =++ννν （7-33） 在v v e e -平面上，方程（7-33）给出了相平面图与在e e -平面上方程（7-32）给出的相平面图是相同的。 应当指出，特征方程式的根确定了奇点的性质，在v v e e -平面上的奇点的位置是坐标原点，而在e e -平面上奇点坐标为)0,(0K V 点。又因为我们假设系统初始状态为平衡状态。
非线性控制系统的分析
第8章 非线性控制系统的分析 重点与难点 一、基本概念 1. 线性与非线性系统的联系与区别 控制系统在不同程度上都存在着非线性。有些系统可以在工作点附近把它线性化，然后按线性系统来处理（如三级管放大器电路），但当系统含有本征非线性特性（如死区特性、继电器特性等）时，就不能用线性化的方法处理。死区特性将使系统出现较大的稳态误差。饱和特性将降低系统的超调量，有时还会引起稳定振荡。间隙特性可使系统的振荡加剧，静差也会增大，有时会使系统不稳定。继电器特性会出现低速爬行、蠕动及响应不平滑等现象。 与线性系统相比，非线性系统与线性系统的本质差别可以概括为以下三点： （1）线性系统可以使用叠加原理，而非线性系统不能使用叠加原理； （2）线性系统的稳定性与初值、输入无关，而非线性系统的稳定性与初值、输入有关； （3）线性系统可以写出通解形式，而非线性系统无法写出通解形式。 2. 相平面分析法 以x ，x 为坐标的平面就叫相平面，系统的某一状态对应于相平面上的一点。相平面上的点随时间变化的轨迹叫相轨迹。 对应于二阶线性定常系统的相轨迹，可以对非线性系统进行分析，这种分析方法称为相平面分析法。 二阶线性定常系统的相轨迹如表8-1所示。 3. 极限环 非线性系统存在着稳定的振荡状态，在相平面图上可表示为一个孤立的封闭相轨迹。所有附近的相轨迹都渐近地趋向这个封闭的相轨迹，或离开该封闭的相轨迹，该相轨迹称为极限环。极限环分为稳定和不稳定等四种形式，如表8-2所示。 非线性系统可能没有极限环，也可能存在多个极限环。在相平面图形上，一个稳定的极限环就对应于一个自振状态。 4. 相平面做图法I —等倾线法 令dx x d a / =，即),(x x f a =。对于a 的不同取值，由),(x x f a =可得到x 与x 的不同关系式，而且在曲线),(x x f a =上，均具有相同的斜率a 。给出一组a ，就可近似