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线性控制理论是系统与控制理论中最为成熟和最为基础的一个组成分支,是现代控制理论的基石。
系统与控制理论的其他分支,都不同程度地受到线性控制理论的概念、方法和结果的影响和推动。
系统是由相互关联和相互作用的若干组成部分按一定规律组合而成的具有特定功能的整体。系统可具有完全不同的属性,如工程系统、生物系统、经济系统、社会系统等。但是,在系统理论中,常常抽去具体系统的物理或社会含义而把它抽象化为一个一般意义下的系统而加以研究,这种处理方法有助于揭示系统的一般特性。
系统最基本的特征是它的整体性,系统的行为和性能是由其整体所决定的,系统可以具有其组成部分所没有的功能,有着相同组成部分但它们的关联和作用关系不同的两个系统可呈现出很不相同的行为和功能。
线性系统理论的研究对象为线性系统,它是实际系统的一类理想化了的模型,通常可以用线性的微分方程和差分方程来描述。
在系统与控制理论中,我们将主要研究动态系统,通常也称其为动力学系统。动态系统常可用一组微分方程或差分方程来表征,并且可对系统的运动和各种性质给出严格和定量的数学描述。当描述动态系统的数学方程具有线性属性时,称相应的系统为线性系统。线性系统是一类最简单且研究得最多的动态系统。
二次型,quadratic form。n个变量的二次多项式称为二次型,即在一个多项式中,未知数的个数为任意多个,但每一项的次数都为2的多项式。线性代数的重要内容之一,它起源于几何学中二次曲线方程和二次曲面方程化为标准形问题的研究。二次型理论与域的特征有关。
定义设z是n维列向量,称标量函数
为二次型函数,并将P称为二次型的矩阵。上式是二次型函数的矩阵表达式,该式又可展开为
由式2可知,二次型函数v( x)实质上是关于xi和xj的二次多项式。由于多项式中,同类项合并后可再平分系数,因此可以整理成对称系数。也就是说,一个二次型函数总可以化成二次型矩阵P为实对称矩阵的二次型函数。
线性二次控制(Linear quadratic control)是指线性的,性能指标泛函是状态变量和控制变量的二次型函数的积分,并且由状态变量构成线性状态反馈方式。
如果系统是线性的,性能指标泛函是状态变量和控制变量的二次型函数的积分,并且由状态变量构成线性状态反馈系统,则这样的最优控制称为线性二次最优控制。以下介绍的是线性二次型最优控制的基本知识。首先介绍了二次性能指标,然后讨论了调节器问题。
二次控制就是把一个高电压端的电压转化为低电压端的电压去控制高电压的元器件的控制线路,就叫二次控制。这个回答不对。 简单理解就是一个负载直接开与关的回路叫一次线路,在一次线路中加装交流接触器之类的电器,...
包含与被包含的关系。二次规划是非线性的,非线性包含所有非线性的规划。
线性负载:linear load 当施加可变正弦电压时,其负载阻抗参数(Z)恒定为常数的那种负载。在交流电路中,负载元件有电阻R、电感L和电容C三种,它们在电路中所造成的结果是不相同的。在纯电阻电路中...
如果系统是线性的,性能指标泛函是状态变量和控制变量的二次型函数的积分,并且由状态变量构成线性状态反馈系统,则这样的最优控制称为线性二次最优控制。以下介绍的是线性二次型最优控制的基本知识。首先介绍了二次性能指标,然后讨论了调节器问题。
二次型性能指标的一般形式如下
式中
Q(t)一一nxn维半正定的状态加权矩阵;
R(t)一一rxr维正定的控制加权矩阵;
Qo一一nxn维半正定的终端加权矩阵。
在工程实际中,Q(t)和R(t)常取对角阵。
下面对性能指标中各项的物理意义作逐一解析。
被积函数中第二项
果把u看成电压或电流的话,那么Lu与功率成正比,而
表示在
式中第二项突出了对终端误差的要求,叫做终端代价函数。例如在宇航的交会问题中,由于要求两个飞行体终态完全一致,因此,必须加上这一项,以体现tf时误差足够的小,至于Qo , R(t)的加权意义和Q(t)相仿。
如果最优控制的目的是使J →min,则其实际意义在于用不大的控制,来保持较小的误差,从而达到能量和误差综合指标的最优的目的。
状态调节器的任务是,当系统状态由于任何原因偏离了平衡状态时,能在不消耗过多能量的情况下,保持系统状态各分量仍然接近于平衡状态。在研究这类问题时通常把初始状态矢量看成扰动,而把零状态取做平衡状态。于是调节器问题就变为寻找最优控制规律“,在有限的时间区间[fto } tf」内,将系统从初始状态转移到零点附近,并使给定的性能指标泛函取极值。
设线性时变系统的状态空间表述为
x, u, y一一分别为n, r, m维矢量;
A(t)一一hxh维系统矩阵;
B(t)一一hxr维输入矩阵;
C(t)一一mxh维输出矩阵;
性能指标泛函如图5所示
下面给出状态调节器的解最优控制器为
最优性能指标为
式中P(t)满足下面的Riccati矩阵微分方程
边界条件
基于反馈线性化的PMSM非线性控制器设计
针对永磁同步电机(PMSM)绕组相电流与转速存在强耦合的特性,基于PMSM精确的数学模型,采用反馈线性化的方法设计了一非线性控制器。该设计方法不但实现了电机系统的完全解耦,而且有效抑制了参数摄动、负载扰动等不确定因素对系统性能的影响。仿真结果表明,采用反馈线性化方法设计的PMSM控制系统具有很好的速度跟踪效果,可以获得良好的稳态精度与动态性能。
基于二次非线性模型的基坑变形预测研究
本文基坑变形预测共包含了两个过程,即一次非线性预测和二次非线性预测。其中,一次非线性预测是利用多种回归模型对基坑的变形进行回归预测,探讨不同回归模型的预测效果,并选取较优的回归结果进行组合预测;二次非线性预测是利用混沌RBF神经网络对组合预测的搜索误差序列进行二次预测,进一步减少预测误差,提高预测精度。结果表明:本文的预测精度较高,该方法在基坑变形预测中具有较高的有效性和可行性。
卷积运算是线性时不变系统分析的重要工具,很多滤波器的设计中都要用到卷积运算。下面给出线性卷积运算的定义。设有离散信号x(n)和y(n),其线性卷积为:
与线性相关运算不同的是:
①卷积运算时,y(n)要先反折得到y(-n)。
②m>0表示y(-n)序列右移,m<0表示左移,不同的m得到不同的
式中的
令
则有
因而线性卷积运算结果序列点长也是序列x(n)的长度加上y(n)长度再减去1。
再令
得
因而卷积运算交换先后不影响结果。 2100433B
两个变量之间存在一次方函数关系,就称它们之间存在线性关系。正比例关系是线性关系中的特例,反比例关系不是线性关系。更通俗一点讲,如果把这两个变量分别作为点的横坐标与纵坐标,其图象是平面上的一条直线,则这两个变量之间的关系就是线性关系。即如果可以用一个二元一次方程来表达两个变量之间关系的话,这两个变量之间的关系称为线性关系,因而,二元一次方程也称为线性方程。推而广之,含有n个变量的一次方程,也称为n元线性方程,不过这已经与直线没有什么关系了。
数学中 Y=k*X (k为常数),Y和X就是线性关系。
判断线性和非线性:非线性电路是含有除独立电源之外的非线性元件的电路。电工中常利用某些元器件的非线性。例如,避雷器的非线性特性表现为高电压下电阻值变小,这可用于保护雷电下的电工设备。非线性电路有6个特点:①稳态不唯一。用刀开关断开直流电路时,由于电弧的非线性使这时的电路出现由不同起始条件决定的两个稳态--一个有电弧,因而电路中有电流;另一个电弧熄灭,因而电路中无电流。②自激振荡。在有些非线性电路里,独立电源虽然是直流电源,电路的稳态电压(或电流)却可以有周期变化的分量,电路里出现了自激振荡。音频信号发生器的自激振荡电路中因有放大器这一非线性元件,可产生其波形接近正弦的周期振荡。③谐波。正弦激励作用于非线性电路且电路有周期响应时,响应的波形一般为非正弦的,含有高次谐波分量或次谐波分量。例如,整流电路中的电流常会有高次谐波分量。④跳跃现象。非线性电路中,参数(电阻、电感、振幅、频率等)改变到分岔值时响应会突变,出现跳跃现象。铁磁谐振电路中就会发生电流跳跃现象。⑤频率捕捉。正弦激励作用于自激振荡电路时,若激励频率与自激振荡频率二者相差很小,响应会与激励同步。⑥混沌。20世纪20年代 ,荷兰人B.范德坡尔描述电子管振荡电路的方程,成为研究混沌现象的先声。