非线性控制系统主要研究方向及应用

非线性控制系统研究

一、实验课题：

非线性控制系统研究：选电站锅炉气温PID控制系统如图1所示，加入非线性模块，如传感器死区、执行器限幅和间隙等，研究非线性参数变化后对系统的影响。

图1、锅炉气温PID控制系统

二、实验目的

（1）学会利用Matlab中simulink平台搭建非线性系统的方框图图。 （2）根据改变不同非线性模块的参数来观察研究对系统性能的影响。

三、实验理论分析

在实际中，几乎所有的控制系统中都存在非线性元件，或者是部件中含有非线性。在一些系统中，人们甚至还有目的地应用非线性部件来改善系统性能。

自动控制系统的非线性特性，主要是由受控对象、检测传感元件、执行机构、调节机构和各种放大器等部件的非线性特性所造成的。在一个控制系统中，只有包含有一个非线性元件，就构成了非线性控制系统。在自动控制系统中经常遇到的典型非线性特性有饱和特性、死区（即不灵敏区）特性、间隙特性、摩擦（即阻尼）特性、继电器特性和滞环特性等。这些非线性特性一般都会对控制系统的正常工作带来不利的影响。但是，在有些情况

. 16, N o. 1 V 第 1 6 卷 第 1 期物 理 学 进 展 o l

1996 年 3 月 M ac rch , 1996 PRO GR E SS IN PH Y S IC S

非线性系统中混沌的控制与同步 (一) 及其应用前景

Ξ

方 锦 清 ( 中国原子能科学研究院, 北京 102413)

提 要

全文系统地综述了非线性科学中一个富有挑战性及具有巨大应用前景的重大课

题—— 非线性系统中混沌的控制与同步及其应用的主要进展, 包括了作者关于超混 沌同步及其控制等方面的研究成果。 我们对现有的各种混沌的控制方法和混沌的同 步原理提出了分类和评述。 概述了实验与应用的现状, 指出了发展前景, 全文分为 ( 一) ( 二) 两篇, 第 ( 一) 篇以混沌控制的机理和方法为主要论题展开广泛的讨论; 第 (二) 篇以混沌的同步、超混沌的同步及其控制为论题, 同时包括众多的实验应用的研 究, 进行较详尽的综述和分析评论, 比较完整地概括了迄今国内外该课题的发展现状 和主要趋势。

总 论

混沌, 当今举世瞩目的前沿课题及学术热点, 它揭示了自然界及人类社会中普遍存在 的复杂性, 有序与无序的统一, 确定性与随机性的统一, 大

. 16, N o. 1 V 第 1 6 卷 第 1 期物 理 学 进 展 o l

1996 年 3 月 M ac rch , 1996 PRO GR E SS IN PH Y S IC S

非线性系统中混沌的控制与同步 (一) 及其应用前景

Ξ

方 锦 清 ( 中国原子能科学研究院, 北京 102413)

提 要

全文系统地综述了非线性科学中一个富有挑战性及具有巨大应用前景的重大课

题—— 非线性系统中混沌的控制与同步及其应用的主要进展, 包括了作者关于超混 沌同步及其控制等方面的研究成果。 我们对现有的各种混沌的控制方法和混沌的同 步原理提出了分类和评述。 概述了实验与应用的现状, 指出了发展前景, 全文分为 ( 一) ( 二) 两篇, 第 ( 一) 篇以混沌控制的机理和方法为主要论题展开广泛的讨论; 第 (二) 篇以混沌的同步、超混沌的同步及其控制为论题, 同时包括众多的实验应用的研 究, 进行较详尽的综述和分析评论, 比较完整地概括了迄今国内外该课题的发展现状 和主要趋势。

总 论

混沌, 当今举世瞩目的前沿课题及学术热点, 它揭示了自然界及人类社会中普遍存在 的复杂性, 有序与无序的统一, 确定性与随机性的统一, 大

8-1考虑并回答下面的问题：

（a）在确定非线性元件的描述函数时，要求非线性元件不是时间的函数，并要求有斜对称性，这是为什么？

（b）什么样的非线性元件是无记忆的？什么样的非线性元件是有记忆的？它们的描述函数各有什么特点？

（c）线性元件的传递函数与非线性元件的描述函数，有什么是相同的？有什么是不同的？线性元件可以有描述函数吗？非线性元件可以有传递函数吗？

（d）非线性系统线性部分的频率特性曲线与非线性元件的负倒描述函数曲线相交时，系统一定能够产生稳定的自激振荡吗？

8-2设非线性元件的输入、输出特性为

y(t)?b1x(t)?b3x(t)?b5x(t)

35证明该非线性元件的描述函数为

N(A)?b1?34b3A?258b5A

4式中A为非线性元件输入正弦信号的幅值。

8-3某非线性元件的输入、输出特性如图8.61所示。

aaxy

图8.61 习题8-3图

（a）试求非线性元件的描述函数。

（b）将图8.61所示非线性元件表示为有死区继电器和有死区放大器的并联，用非线性元件并联描述函数的求法求它的描述函数，并与（a）中的结果相比较。

8-4滞环继电特性如图8.62（a）所示，证明它的描述函数可以表示为

N(A)?4M?a??arcsi

本 科 毕 业 设 计（论文）

题 Matlab的非线性系统控制仿真研究

学生姓名：张 猛

学 号：07131108

专业班级：应用物理学08-1班

指导教师：沈 跃

张令坦

2012年6月15日

目：基于

摘 要

自动控制技术已广泛应用于制造业、农业、交通、航空及航天等众多产业部门，极大地提高了社会劳动生产率，改善了人们的劳动环境，丰富和提高了人民的生活水平。然而，在控制技术需求的推动下，控制理论本身也取得了显著的进步。从线性近似到非线性的研究取得了新的成就，借助Matlab固有非线性模块来研究非线性系统的控制，已称为目前最重要的研究方向之一。本文以自动控制原理为基础，着手研究典型线性系统PID控制器的结构及其控制原理、Matlab仿真分析等。并以此为基础研究非线性系统的稳定性。

关键词：自动控制；PID控制器；Matlab仿真；非线性系统

ABSTRACT

Automatic control technology has been widely used in industry, agriculture, transportation, aviation and space industry departments, etc, greatly e

1 绪 论

1.1 课题的背景 1.1.1 Matlab简介

MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。

MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。

MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新

光学非线性系数的测量 ·1·

非线性光学（nonlinear optics）

非线性光学，又称强光光学，是现代光学的一个分支，研究介质在强相干光作用下产生的非线性现象及其应用。在强光作用下物质的响应与场强呈现非线性关系，与场强有关的光学效应称为非线性光学效应。激光问世之前，基本上是研究弱光束在介质中的传播，确定介质光学性质的折射率或极化率是与光强无关的常量，介质的极化强度与光波的电场强度成正比，光波叠加时遵守线性叠加原理。在上述条件下研究光学问题称为线性光学。对很强的激光，例如当光波的电场强度可与原子内部的库仑场相比拟时，光与介质的相互作用将产生非线性效应，反映介质性质的物理量（如极化强度等）不仅与场强E的一次方有关，而且还决定于E的更高幂次项，从而导致线性光学中不明显的许多新现象。介质极化率P与场强的关系可写成

P＝α1E＋α2E＋α3E＋…

非线性效应是E项及更高幂次项起作用的结果。

常见非线性光学现象有：

①光学整流。E2项的存在将引起介质的恒定极化项，产生恒定的极化电荷和相应的电势差，电势差与光强成正比而与频率无关，类似于交流电经整流管整流后得

中国化工贸易分程控制系统的分析及应用

马强

李现

周威

457000）

（河南濮阳中原大化集团公司仪表技术组，河南濮阳

摘

要：通过对分程控制回路的深入分析，并对控制阀门流通力进行设计计算，达到优化工艺流程，精确控制工艺指标的目的。

控制点分程功能模块

1.扩大调节阀的可调范围

有时生产过程要求有较大范围的流量变化，但是控制阀的可调范围是有限制的（一般柱塞式控制阀的可调范围R=50），若采用一个控关键词：分程控制

在现代化石油化工的仪表控制部分，分程控制系统起着至关重要的作用。通过对分程控制系统的加强理解和分析，在实际控制组态中加以合理的使用，得以实现优化工艺流程，精确控制工艺指标的目的，本文拟从浅至深的对分程控制系统进行概述分析。

一、分程控制系统的定义

在一般的过程控制系统中，一个控制器的输出信号只带动一个控制阀作全行程的动作。而分程控制系统中，一个控制器的输出信号分割成两个（或多个）不同量程范围，带动不同的两个（或多个）控制阀，每个控制阀只能在控制器输出信号的某一区段范围内作全行程的动作，控制器输出信号区段的划分需要根据生产工艺要求来确定。

二、分程控制信号与阀门动作关系

在分程控制系统中，控制器的输出与控制阀的动作的关系可以划分为两种形式：一种是同向动作，即随着控

东北大学博士学位论文 摘 要

? I ? 电力系统非线性自适应鲁棒控制研究

摘 要

电力系统是一个强非线性、多维、动态大系统。随着大型电力系统互联的发展以及各种新设备的使用，在使发电、输电更经济、高效的同时，也增加了电力系统的规模和复杂性，从而暴露出很多威胁电力系统安全、经济、稳定运行的动态问题（如电力系统低频振荡、汽轮机和发电机的次同步扭转振荡）。电力系统一旦失去稳定，其暂态过程极快，处理不当可能很快波及全系统，往往造成大范围、较长时间停电，给国民经济和人民生活造成巨大损失和严重危害，在最严重的情况下，则可能使电力系统崩溃和瓦解。

在这些情况下，研究和实现相应的稳定控制措施，不但可以提高系统运行的可靠性，而且可以因传输能力的提高而产生直接经济效益。近年来，随着微型计算机和现代控制理论的不断进展，各种先进的控制方法也在电力系统控制方面得到了广泛应用。它们在提高电力系统性能的同时，也为解决上述问题提供了各种各样的途径。

本文针对电力系统的非线性模型，采用backstepping 方法，研究了电力系统励磁、汽门以及各种F

浙 江 大 学 学 报（工学版）

学科代码：460?45

七功能液压机械手多输入多输出非线性鲁棒控制

方法研究

罗高生 顾临怡

（浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室，浙江省 杭州 310027）

摘 要：针对液压驱动的七功能主从液压机械手具有强非线性、未知外界干扰以及机械手多刚体系统与液压驱动系统强耦合的多输入多输出控制系统特性，提出了利用backstepping控制器设计方法和基于滑模控制的多输入多输出鲁棒控制器方法，使用李雅普诺夫稳定性定理证明闭环系统具有渐近稳定的控制性能。利用4500米深海主从液压机械手作为仿真模型和实验对象进行仿真和实验研究表明，所提出的控制方法具有很好的跟踪性能和鲁棒性。

关键词：七功能液压机械手；多输入多输出鲁棒控制；Backstepping；李雅普诺夫稳定性 中图分类号： 文献标识码：

Research on Nonlinear Robust Adaptive Control of

Double-screw-pair Driven elbow of 7-fun hydraulic manipulator

LUO Gao-sheng GU Lin-yi

（The Stat