线性系统理论总结范文1

【关键词】混杂系统控制；最优控制；电力电子

0引言

由于电力电子变换器本质的高阶非线性，闭环控制问题多年来未能得到较好的解决。线性、非线性和智能控制理论在电力电子中先后得到应用，由于模型存在误差或者控制理论本身的不完备，这些解决方案都未能达到**。近年来随着半导体技术的发展，高精度的高速微处理器的出现和普及，使现代控制及智能控制方法的实时计算或近似估算成为可能。在设计高性能的电力电子系统时，先进控制理论的应用是很有实用价值的。本文对混杂系统控制理论的发展现状做了总结，对电力电子变换器的混杂系统建模及混杂系统控制理论在电力电子学的应用进行了总结和展望，指出切换系统最优控制的应用是一个比较新颖的研究方向。

1混杂系统控制的研究现状

混杂系统是一类包含相互作用的连续动态过程和离散动态过程的动态系统，混杂系统控制理论是继线性系统、非线性系统控制理论之后发展起来的系统控制理论。经典及现代控制理论研究的数学模型可以视为混杂系统的一个特例，而将传统控制的理论体系推广到混杂系统控制理论还有大量的理论研究要做。混杂系统的模型有很多种，如层次结构模型、自动机模型，混合逻辑动态模型，切换模型等，其中应用最广泛的是自动机模型。混杂系统的控制方法与现代控制理论类似，也包括自适应控制、学习控制、容错控制、镇定控制、最优控制和鲁棒控制等，这里仅对三种研究较为深入的控制方法加以说明。(l)镇定控制：是指在给定平衡点下，调整控制策略，使系统由不稳定转换为稳定的控制策略。类似传统控制中用输出或状态反馈令开环不稳定系统闭环稳定。(2)最优控制：就是在约束条件下，满足初值和终值条件，并使系统的给定性能指标达到最优的控制策略。(3)鲁棒控制：实际的混杂系统通常存在各种不确定性，鲁棒控制器按标准状态设计，也能够分析并克服这些不可预见的干扰因素，令闭环系统具有一定的鲁棒性。

2电力电子变换器的混杂系统建模

电力电子变换器中开关器件的存在，使它成为一个典型的开关非线性系统。随着开关的通断，电路处在不同的工作状态；每一个状态中，系统都随时间连续运行。在变换器外部或内部事件的驱动下，系统在各个状态间循环跳转，输出由在几个状态间的切换平均实现。变换器的运行特征与混杂系统完全吻合，因此可以说，电力电子变换器是一类典型的混杂系统。目前在电力电子变换器的混杂系统建模中应用较多的有自动机模型和切换系统模型，按这两种思路得到的变换器数学模型基本是一致的。

3混杂系统控制在电力电子中的应用

在国内，从20世纪末开始，越来越多的学者投入到混杂系统控制理论的研究，并致力于将混杂系统控制理论应用于电力电子变换器，目前取得了一定的成果。文献[3]是国内较早将混杂系统理论引入电力电子变换器研究的论文，对电力电子电路进行了混杂系统建模、故障诊断、事件辨识以及小波故障分析等方面的研究。文献[4]对变换器用自动机模型建模做了有益的探索，利用混杂自动机理论建立了电力电子电路的统一抽象模型，并设计出新型滑模变结构控制器。将混杂系统模型和非线性控制方法结合是有益的尝试。文献[5-6]建立了DC-DC变换器的切换线性系统模型，并引入了切换线性系统投影法的概念，提出最小投影法切换律的控制策略。仿真和实验结果表明最小投影法切换律在DC-DC变换器中具有普遍适用性。为了实现切换控制的鲁棒性，与PI控进行了结合在扰动情况下对平衡点进行修正。最小投影法切换律的本质是切换系统在任意初始状态都能够选择一个指向平衡点的速度矢量场，使系统轨迹不断逼近并最终稳定运行于平衡点。

4切换系统最优控制及其在电力电子中的应用展望

对混杂系统的最优控制问题的研究，取得了一定的成果，特别是基于切换线性系统的最优控制。基于经典的动态规划方法，文献[7]针对切换线性系统的最优控制提出了一种二阶段算法。首先固定切换序列，在此条件下求得切换系统最优控制问题的次优解；然后改变切换序列（改变切换次数和顺序）来求全局最优解。当把电力电子变换器视为周期的切换线性系统，可以用来实现多种目标的最优控制。这种情况下系统不能达到一般意义上的最优，但是其运算较为简单，在一定程度上可以达到设计目标，具有一定的实用价值。文献[8]给出基于范数、基于收敛路径、基于收敛距离、基于收敛方向和基于综合的周期切换线性系统的最优切换律的设计方法，可以尝试推广到更复杂的情形，检验其性能。切换系统控制本身还不成熟，有很多问题在控制理论上未能很好地解决。由于切换线性模型可以精确地描述电力电子变换器，切换线性系统最优控制期望能得到更好的特性。

5结论

作为一门交叉学科，电力电子学的发展与控制理论的应用密切相关。目前混杂控制理论还有较大的发展空间，它在电力电子的应用更是刚刚起步。切换控制是新兴的控制方法，由于它所处理的切换系统模型可以较为精确地刻画电力电子变换器，它在电力电子中的应用具有较好的前景。

作者:王磊 单位:韩山师范学院物电系

【参考文献】

[1]张波.电力电子学亟待解决的若干基础问题探讨[J].电工技术学报,2006,21(3):24-35．

[2]杨宽,"基于混杂系统理论的电力电子电路建模与控制研究[D]"2010.

[3]胡宗波,张波,邓卫华,等.基于切换线性系统理论的DC-DC变换器控制系统的能控性和能达性[J].中国电机工程学报,2004,24(12):165-170．

[4]胡宗波.基于切换线性系统的DC-DC变换器控制基础理论研究[D].广州：华南理工大学,2005.

[5]肖文勋．电力电子变换器切换线性系统模型的稳定性与最小投影法切换律[D]．广州：华南理工大学，2008．

[6]Wenxun,X.,Bo,Z.&Dongyuan,Q.Modelingandcontrolruleofthree-phaseBoost-typerectifierasswitchedlinearsystems[C].InternationalConferenceonElectricalMachinesandSystems,17-20Oct.2008,1849-1854.

线性系统理论总结范文2

《实践论》《矛盾论》从马克思主义哲学的高度总结中国革命的历史经验，指出党的思想路线曾经出现错误的根源，是理论脱离实际、实践脱离国情。“两论”论证马克思主义普遍原理同中国革命具体实践相结合，并且系统地提出如何实现这种“结合”，其思想方法就是实事求是的思想路线。“两论”的问世，标志着哲学思想的形成，也为马克思主义中国化奠定了哲学基础。

1 《实践论》、《矛盾论》的写作背景

1.1 党的革命历史经验需要从哲学高度总结

中国革命最初十几年“两起两落”的曲折道路，把总结经验的任务鲜明地提到全党面前。认为， 总结经验必须提高到哲学高度， 因为“一切大的政治错误没有不是离开辩证唯物论的”。党内“左”右倾错误最深刻的根源是哲学指导思想层面的错误， 即唯上、唯书、不唯实， 把马克思主义教条化， 把共产国际指示神圣化， 把苏联经验绝对化。如果不从哲学上解决问题，那么，纠正一种错误必定还会犯另一种错误。我们党在纠正陈独秀右倾错误以后，连续犯三次“左”倾错误，而且一次比一次严重，最后，王明“左”倾错误几乎使中国革命陷入绝境，根本原因就在于始终没有从哲学高度对中国革命进行总结。

1.2 党内错误思想路线需要从哲学层面批判

在总结政治、军事斗争经验教训时，总是结合这些斗争实际进行哲学分析。1935年12月，他作《论反对日本帝国主义的策略》的报告，着重从政治路线、政治策略上总结经验， 批评党内长期存在的狭隘关门主义和对于革命的急性病。在分析这些政治错误的同时，指出了其思想方法上的错误，即那种认为“圣经上载了的才是对的”、“山沟里没有马克思主义”的教条主义思想和主张“革命的力量是要纯粹又纯粹，革命的道路是要笔直又笔直”的形而上学思想。1936年12月，作《关于中国革命战争的战略问题》的演讲，着重从军事上总结经验，批评“左”倾教条主义者军事路线的错误，但这篇演讲首先提出的是“如何研究战争”，即研究战争的方法论问题，强调研究战争“应该着眼其特点和着眼其发展，反对战争问题上的机械论”。所有这些，都是必要的，但是，在看来又是很不够的，还没有对“左”右倾错误思想路线作系统的哲学分析、概括和总结，还不可能使人们完整地了解和掌握马克思主义世界观和方法论。于是，在1937年7月和8月，作了《实践论》和《矛盾论》的演讲，专门讲哲学问题。

1.3 马克思主义哲学在中国的发展需要升华

在上世纪20―30年代的中国，在李达、瞿秋白、郭沫若，尤其是艾思奇等人的推动下，很快兴起了一个大力学习和宣传马克思主义及辩证唯物论的运动。但总体来说，当时马克思主义哲学在中国的发展还以翻译、介绍和论述经典著作为主，带有明显的幼稚性，不准确、不全面。在研读中外马克思主义哲学著作的同时，深入思考中国社会和中国革命战争的特点，创造出真正符合中国国情和经过中国革命检验、被证明是正确的中国化马克思主义。《两论》体现出活生生的中国革命的认识论和中国革命的辩证法，标志马克思主义哲学在中国发展的新阶段。

2 《实践论》、《矛盾论》的核心内容

“两论”论证马克思主义同中国革命具体实践相结合，批判否认这种“结合”的主观主义（教条主义、经验主义），并且从方法论的角度系统提出如何实现这种“结合”。“两论”的问世，标志着哲学思想的形成，也为马克思主义中国化奠定了哲学基础。

2.1 《实践论》的核心内容

《实践论》是中国革命实践和中国***思想路线的认识论。为了批判主观主义和轻视实践的教条主义，把认识论定位为实践论。在《实践论》中，他阐明实践和认识（中国哲学称之为“知和行”）的辩证关系：1.知和行统一的基础是社会实践。知和行相统一，基础是社会实践。实践的观点是辩证唯物论的认识论的首要的基本的观点。实践具有认识的决定地位和决定作用，是认识的来源、认识发展的动力、检验真理的标准、认识的最终目的等。2.知和行的统一是在认识的辩证发展过程中实现的。这个认识过程包含由感性认识到理性认识、又由理性认识到革命实践的两个能动飞跃。3.知和行统一的过程就是获得真理的过程。知和行相统一，也是人们获得真理、发展真理的过程，是真理同错误作斗争并战胜错误的过程，是真理的相对性与绝对性互相作用、互相转化的过程。这个过程无限发展，永不完结。4.《实践论》实现马克思主义认识论与党的群众路线相统一。《实践论》把马克思主义认识论同中国***的群众路线统一起来，科学地阐明“从实践到认识，从认识到实践”同“从群众中来，到群众中去”的一致性。这是对马克思主义哲学做出的独创性贡献。

2.2 《矛盾》的核心内容

《矛盾论》是中国革命的辩证法。1.阐释唯物辩证法的基本观点和基本规律。《矛盾论》从矛盾是事物发展的动力，以及唯物辩证法的各个规律和诸项范畴之间的相互关系，阐明对立统一规律是辩证法的根本规律。2.提出普遍性和特殊性的关系问题是矛盾问题的精髓。从事物内部无不包含矛盾，内部矛盾引起发展，分析矛盾的普遍性和特殊性、主要的矛盾和矛盾的主要方面、矛盾的统一性和斗争性、矛盾的对抗性和非对抗性等问题。而关于矛盾的普遍性和特殊性、绝对性和相对性的关系，奠定了马克思主义普遍真理同中国革命具体实践相结合的哲学基础。3.建立分析矛盾特殊性的逻辑结构。阐述对立统一规律，最突出的贡献在于，以矛盾的普遍性为指导，从物质运动的形式、各个运动形式的发展过程和发展阶段，以及过程和阶段的矛盾的诸方面，建立起分析矛盾特殊性的逻辑结构。他分析矛盾的特殊性，特别提出主要矛盾和矛盾的主要方面，揭示了矛盾发展的不平衡性。 矛盾发展的不平衡性原理，为中国革命走以农村包围城市、最后夺取全国政权的道路提供了可靠的哲学依据。

3 学习《实践论》、《矛盾论》，在实践中坚持党的思想路线

说：“‘实事’就是客观存在着的一切事物，‘是’就是客观事物的内部联系，即规律性，‘求’就是我们去研究。我们要从国内外、省内外、县内外、区内外的实际情况出发，从其中引出其固有的而不是臆造的规律性，即找出周围事变的内部联系，作为我们行动的向导。”这种实事求是的态度，“就是党性的表现，就是理论和实际相统一的马克思列宁主义的作风。”党的思想路线体现了唯物论与认识论的统一，唯物论与辩证法的统一，思想路线是政治路线、工作路线的基础，是最根本的东西。学习《实践论》、《矛盾论》，在实践中坚持党的思想路线，就是在任何条件下都要坚持一切从实际出发，理论联系实际，实事求是，在实践中检验真理和发展真理。

3.1 坚持一切从实际出发

这里的“实际”既包括作为主体人的思想以外的客观实际，也包括主体人的思想本身即思想实际。首先，坚持一切从实际出发必须从客观实际出发谋划事业和工作。对于地方各级领导干部来说，因时因地、结合具体情况执行中央、上级的正确方针和指示，使点子、政策、方案符合实际情况、符合客观规律、符合科学精神就是从客观实际出发谋划事业和工作。其次，“谋事要实”必须从思想实际出发谋划事业和工作。思想实际包括思想态度和思想能力两个方面。思想态度决定主体能动性能否发挥，思想能力决定主体能动性发挥的效果。我们要加强学习马克思主义世界观方法论，不断推进党的思想建设，不断改造我们的思想实际。

3.2 坚持理论联系实际

首先，坚持通过理论创新实现理论联系实际的要求。理论联系实际并不是用以往的理论套用实际，并不是形而上学地、教条式地应用理论，而是要求有所发现，有所创造。其次，坚持通过实践创新实现理论联系实际的要求。实践创新是理论联系实际的落脚点，再好的理论、再好的规划如果不落实到行动就只能是水中月，镜中花，只有通过创业创新的实践才能达到改变世界的目的。

3.3 猿植⒎⒄拐胬

线性系统理论总结范文3

关键词：适线法 由来 思路 应用

在高职工程水文与水利计算实践课教学过程中，笔者经常遇到这样的问题，大部分学生对基本的理论还比较清楚，但把理论应用于水文分析实践时，由于水文分析问题的思路是基于概率论与数理统计，高职阶段学生基本没有介绍，另一方面，水文问题是由一成套严谨的理论来解决的，当把零散的理论综合起来后，学生往往不知所终，由某一理论拓展应用就成为学生实践过程中的难点。适线法是水文分析中最常用的一种理论方法，它的应用范围宽，值得学生在进行工程水文与水利计算实践之前总结提高，以推动课程实践课的开展。

1 适线法的由来

水文现象是一种随机现象，在长期的观测资料中表现出多年平均值是一个比较稳定的数值，特大或特小的值出现的次数（机会）较少，中等数值出现的次数（机会）较多，为了研究水文现象的这种统计规律，最开始采用概率计算，概率计算需要明确随机变量的总体，而水文现象的总体通常是无限的，无法获得。而在有限时期内观测到的资料系列样本在一定程度上能够反映总体的特征，故采用频率去估算概率。频率计算用随机事件在n次试验中出现了m次的比值m/n作为随机事件出现的频率。对于水文样本系列而言，与实际情况不符，故选用了比较合理的数学期望公式来计算经验频率，并通过经验频率曲线表达水文现象的特征。由于经验频率曲线是目估通过点群中心绘制的，曲线的形状会因人而异，另一方面，样本系列长度有限，得到经验频率曲线往往不能满足工程设计需要。另外，在分析水文统计规律的地区分布规律时，经验频率曲线很难进行地区综合。为了克服经验频率曲线的特点，使设计成果有统计的标准，便于综合比较，采用了数理统计中已知频率曲线来拟合经验点，这便引入了理论频率曲线。然而，理论和经验表明，统计参数的计算公式计算的样本统计参数抽样误差较大，相应的P-Ⅲ型理论频率曲线也不能很好地反映总体的概率分布，所以工程中通常采用调整样本的统计参数及其相应的P-Ⅲ型理论频率曲线来拟合样本的经验点据，将与经验点配合最好的理论频率曲线近似地作为总体概率分布，对应的统计参数作为总体的**统计参数。这便是目前水文学的适线法。

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图1 适线法的由来

2 适线法的计算

2.1 适线法的计算思路 适线法计算的步骤为：计算点绘经验频率点据初估统计参数■和CV，假定CS=nCV计算绘制P-Ⅲ型频率曲线根据初估统计参数■和CV及假定CS=nCV，查P-Ⅲ频率曲线的离均系数？椎p值表或P-Ⅲ频率曲线的模比系数Kp值表，由xp=（1+CV？椎P）■=kp■得理论频率曲线将此曲线绘在有经验点据的图上，视该曲线与经验点据配合的情况，若不理想，则修改统计参数，再次进行计算从以上理论频率曲线与经验频率点据拟合情况，从中选择一条与经验点据似合最好的曲线作为采用曲线，相应于该曲线的参数作为总体参数的估算值。其计算步骤可表达为下图2。

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图2 适线法的计算思路

2.2 适线法的计算细节 适线法应用之前，需要对计算样本进行可靠性、代表性和一致性的审查，为了增加样本的代表性，可以采用相关分析，相关分析有图解法和解析法两种方法，亦可直接使用excel中的回归分析工具直接得到回归方程。采用适线法进行具体计算时，首先要计算样本的经验点，对于连序系列直接按数学期望公式计算。对于不连序系列又可分为独立样本法和统一样本法，计算的关键在于确定特大洪水的个数，根据经验，比样本系列均值大2.5倍的数值作为特大值来处理。对于理论频率曲线，关键在于确定统计参数■和CV，一般采用三点法和矩法公式进行。在实际运用时，可采用excel函数进行计算，其中均值■可用AVERAGE函数，对于CV，可先利用STDEV函数计算均方差，再利用均值和均方差的比值确定CV。而CS由于抽样误差较大，一般进行估算。理论频率曲线统计参数确定后，由xp=（1+CV？椎P）■=kp■公式计算得到理论频率曲线。这里需要查P-Ⅲ频率曲线的离均系数？椎P值表或P-Ⅲ频率曲线的模比系数Kp值表。在实际运用过程中，可能遇到两种情况，一是表中没有用到的CV值，可以采用直线内插发解决；另一种情况是表中CV和CS的倍比关系在表中没有，可利用α=4/Cs2，tp=GAMMAINV（1-p，α，1），？追=■tp-■，Kp=？追CV+1这几个公式计算来解决。

在经验点和理论频率曲线都得到后，就是进行适线的过程了，适线有目估适线和优化适线两种，目估适线法是适线者根据自身经验，目估理论频率点与经验频率点的拟合情况，调整统计参数，使拟合**，这种适线精度依赖于适线个人经验。优化适线法是在一定的适线准则下，通过最优化方法进行曲线拟合，结果具有唯一性，但无法施展适线者个人经验，因此，一般可先通过优化适线确定最优适线参数，再利用目估适线调整，从而使理论频率曲线与经验点拟合**。这个过程一般利用计算机程序进行，如水文频率智能分析系统等。

3 适线法的应用

对适线法的来由、计算思路和计算细节弄清楚后，即可利用适线法对水文数据进行概率预估。实际计算中，又可能遇到以下几种情况：①推求设计代表年中设计丰水年、设计平水年和设计枯水年设计年径流量。②推求设计频率相应的设计年径流量，推求设计频率相应的设计年降雨量，推求设计频率相应的设计径流深。③推求设计最大1日洪量，最大3日洪量和最大7日洪量，推求设计枯水期径流量，推求灌溉期设计径流量，推求设计年径流量。④推求连序系列设计值，推求不连序系列设计值。对于第一种情况，无论是求任何设计频率，其基本方法采用的都是适线法。第二种情况，凡推求的是设计值，均采用适线法进行频率计算得到。第三种情况，水文样本的统计计算时段不一样，计算的水文变量不同，还是采用适线法计算。第四种情况，样本系列是否考虑特大值，适线计算中经验频率和统计参数计算公式稍有不同，但基本思路依然不变。可见，适线法应用范围宽广，计算理论严谨，只要弄清这一方法，水文分析计算迎刃而解。

参考文献：

[1]黎国胜.工程水文与水利计算[M].郑州：黄河水利出版社，2009.

[2]金光炎.频率分析大洪水处理的新思考[J].水文，2006，26（3）：27-28.

[3]黄泽钧.用EXCEL进行水文频率计算的方法研究[J].科技创业，2009（9）：194-195.

[4]郭向雷，于海立.浅谈现行水文频率计算方法――配线法[J].水文水资源，2010（1）：19-20.

线性系统理论总结范文4

关键词：

模态综合； 理想最优控制； 准最优控制； 振动； 噪声

中图分类号：U462； TB535； O327 文献标志码：A

0 引 言

随着汽车逐渐向高速、大功率方向发展，汽车噪声已成为一些大城市的主要噪声源.由于车内噪声主要由发动机和路面激励引起，为了解其动态特性，必须对整车的动力学特性进行研究.动态子结构方法已成为解决汽车这样大型复杂结构的有效方法，它能在量级上大大缩减自由度而不影响分析问题的实质.目前，应用比较广泛的各类子结构模态综合法［1-2］，皆属于直接对接类型的子结构模态综合方法.而工程中很多结构属于弹性连接件，各部分界面位移不具有协调性，因此把弹性连接件作为独立的子结构――连接子结构进行分析越来越受到人们的重视［3-4］，但这些研究主要针对线性连接件，事实上他们通常具有不可忽视的非线性特性，因此将模态综合技术推广到考虑橡胶迟滞非线性的汽车噪声特性分析中具有重要的工程意义.

本文采用动态子结构方法对某轿车随机非线性动力系统的振动和车内噪声特性进行仿真研究，并通过试验对计算结果进行验证.为使汽车的动态特性达到最优，采用理想最优控制和准最优控制理论对控制后系统振动和车内噪声特性进行研究.对于动力学系统的振动控制问题，通常情况下，理想最优控制的减振效果好，但花费较大，而用无源被动控制减振器通常能够满足经济性和适用性，然而无源被动控制的最优设计方法上仍存在不少问题.本文在下乡太郎［5］的ECPM方法基础上，对汽车流固耦合随机动力学系统的准最优控制方法进行探讨.将副车架橡胶支承作为无源控制元件，利用自由界面模态综合法，得到汽车控制动力学模型，应用准最优控制理论，对在路面随机载荷和发动机载荷作用下汽车振动和车内噪声特性进行研究，并与未加控制和理想最优控制时的响应结果进行对比，为不同控制方法的选取提供理论依据.

1 控制前整车动力系统模型的建立及计算与试验结果对比

1.1 整车动力学模型

采用包括连接子结构在内的动态子结构方法，建立某轿车整车系统振动模型，见图1.把整车模型划分为多个子结构，包括动力总成子结构A，副车架子结构B，车身和车内流体子结构C和D，非簧载质量子结构E.线性连接子结构包括动力总成悬置F，悬架系统H和轮胎系统I.考虑到副车架与车身之间橡胶支承的滞后特性，副车架支承系统G采用非线性连接子结构，用非线性力代替.

图 1 汽车子结构示意模型

根据各子结构的特点，将动力总成作为刚体，副车架和车身作为弹性体,而非簧载部分作为集中质量考虑.根据不同子结构的结构特性，可得到各子结构振动控制方程.

1.1.1 动力总成子结构振动模型

1.2 计算结果与试验结果对比

为检验所建模型的正确性，将所建模型的仿真结果与试验结果进行对比.

对整车进行台架试验, 研究系统在发动机单独激振时车内噪声特性及驾驶员座椅下方的加速度信号.试验仪器包括IST 4通道道路模拟试验台，电荷放大器，加速度传感器和sony信号采集记录仪等.试验情况见图2.

试验时，使发动机处于怠速状态，且发动机转速分别为800 r/min，1 000 r/min，3 000 r/min，车内驾驶员右耳旁一点处噪声线性声压级的试验结果与计算结果列于表1，该点的噪声试验频谱见图3.在进行发动机怠速试验时，为确定车身的振动特性，同时还采集驾驶员座椅下方的加速度信号，试验表明加速度信号随发动机转速的增大而增大，见┩4(a）.发动机转速为3 000 r/min时座椅下方的加速度信号计算结果见图4(b）.

从表1可以看出，发动机单独激励时，测试结果与计算结果最大误差值为4.54 dB；对比图4(a）和(b）可以发现，座椅下方加速度功率谱密度曲线非常接近.研究表明用自由界面模态综合法建立整车模型具有足够的精度，能满足工程要求.

2 控制后整车动力系统模型建立及刂蒲芯2.1 整车动力系统控制模型建立

为对汽车的振动和车内噪声特性进行控制研究，并对副车架橡胶支承参数进行优化，去掉4个副车架橡胶支承，在相同位置代之以4个作动器或4个无源被动控制减振器G，用控制力向量U*(t)表示，得到整车系统控制动力学方程

3 实例分析

对某轿车在发动机确定性和随机载荷激励下准最优控制后整车动态特性进行分析，并与控制前及理想最优控制情况下的计算结果进行对比，见图5和表2.

从上面的计算结果可以看出，准最优控制减振降噪效果虽比理想最优控制情况差，但与控制前相比减振降噪效果得到明显改善.

4 结 论

将整个汽车结构系统分割成若干子结构，并用线性和非线性连接子结构和最优控制力向量U*(t)取代汽车各部件之间的连接，采用自由界面模态综合法建立整车系统控制前后整车动力学模型.在时域内对未加控制时整车动力学模型进行仿真，并与相同工况下的试验结果进行比较，表明用自由界面模态综合法建立整车模型具有足够的精度，能满足工程要求.

利用理想最优控制和准最优控制理论，对控制后系统振动和车内噪声特性进行研究，并与未加控制时的响应结果进行对比.发现理想最优控制抗振效果最好，但是需要设置有源的主动控制作动器，这在工程实现上有相当难度.准最优控制以最优控制理论为基础，通过优化减振器参数达到减振目的，不需要外界能源，装置结构比较简单，经济性与可靠性好，并且从计算结果可以看出，其与未加控制情况相比减振降噪效果也非常明显.因此，用准最优控制理论进行整车动态特性研究具有很好的综合效果.

参考文献：

［1］ 王文亮, 杜作润. 结构振动与动态子结构方法［M］. 上海: 复旦大学出版社, 1985.

［2］ 王永岩.动态子结构方法理论与应用［M］. 北京: 科学出版社, 1999.

［3］ 张洪田, 王传溥, 张志华. 具有弹性耦合结构振动系统的自由界面模态综合法［J］. 工程力学, 1990, 7(3): 93-101.

［4］ 楼梦麟. 连接子结构与子结构模态综合法［J］. 振动工程学报, 1995, 8(1): 52-56.

［5］ 下乡太郎. 随机振动最优控制理论及应用［M］. 沈泰昌，译.北京: 宇航出版社, 1984.

线性系统理论总结范文5

“线性系统理论”是本校电气信息类硕士研究生重要的学位课程，在第一学期开设。从课程角度看，该课程作为重要的学科基础课，课程内容在整个控制理论体系中占有非常重要的地位，是承接理论与应用的纽带，在培养研究生的系统概念、创新思维和科研能力方面具有重要的作用。从学生学习的角度看，学生处于从本科生到研究生学习的开始阶段，无论对教学内容，还是对教师的教学方法都还没有完全适应，多数学生还是沿用本科阶段的学习方式，对教师结合课程布置的有关研究性学习的课题缺乏有效的、科学的研究方法。如何基于课程要求培养研究生科学的研究方法和理论结合实际的能力，为以后的学位论文研究及工程实践奠定良好的基础，是一个值得深思的问题。本课程目前存在的主要不足是对实践教学不够重视，对学生理论联系实践的能力培养不够。鉴于此，笔者在该课程的教学中，注重在讲授课程内容的同时，有目的和针对性地把系统控制理论中的研究方法贯穿于教学中，对研究生进行了学习、研究问题方法的培养和熏陶；引入CDIO理念，编写“线性系统理论”工程应用案例，通过计算机仿真手段，开展基于项目的教学实践，引导学生应用所学理论知识解决工程控制问题。

笔者基于项目或问题组织实践教学内容，这些项目或问题都需要应用线性系统理论的方法才能达到项目目标或使问题得到解决；通过计算机仿真手段，让学生寻求解决问题的方案，验证解决问题的效果；通过撰写项目研究报告、答辩等环节提高学生表达和沟通能力；通过总结和讨论，让学生将具体项目中学到的知识，提升为一般化的解决工程问题的能力。教师编写实践教学案例以辅助讲义的形式发给学生，在理论课程进行的同时，由学生利用课余时间完成实践环节；每个学生必须选择一个基本项目和一个综合项目，基本项目需要独立完成，综合项目需要找一位同学合作完成；课程结束后教师组织一次答辩、演示并进行总结讨论，同时让学生提交项目研究报告。成绩按照项目研究深度、答辩情况和书面报告综合给出，作为平时成绩按较大比例计入课程最后成绩。

实践教学辅助讲义按照项目或案例进行组织。讲义中给出每个项目的基本原理、主要参数和项目目标。项目来源于工程应用原型，是一个实际的物理系统而不是数学模型。要求学生熟悉物理系统、建立数学模型、对模型进行线性化，进而应用线性系统的理论和方法解决问题，并分析系统在工程实现中存在的问题，提出工程实现方案。辅助讲义主要的案例有倒立摆的建模与控制、通信卫星光晕轨道控制、磁盘读写系统的建模与控制、风力发电非线性系统的建模与控制、连续全返混式反应釜非线性系统的建模与控制、发电厂锅炉和气机的建模与控制等。例如在风力发电非线性系统的建模与控制案例中，教师首先介绍该类系统的控制目标，对工作原理和主要物理关系进行简要介绍，再提出具体控制要求。学生在此基础上，需要翻阅参考资料，在进一步理解内容的基础上，通过运行机理分析建立风力发电系统的非线性模型；确定状态变量、控制变量和输出变量；选择系统的工作点，并对工作点进行线性化；搭建仿真模型，采用线性系统中学习过的多种控制算法进行系统控制，并对控制算法中的参数进行设计；通过仿真对结果进行分析和验证，撰写项目研究报告并进行答辩和成果演示。

如2010年秋季学期，某同学对风力发电非线性系统的建模与控制问题进行了较全面的研究。首先通过工作原理分析，建立了机理模型。在最大风能跟踪控制区域，选择了合适的工作点，通过泰勒公式建立了线性三阶状态空间方程。通过查阅厂家的数据手册，计算了模型参数设计了扰动风速模型。通过控制器设计，考察了风力机转速对扰动风速的不同响应，图1为采用基本控制器时，风力机转速对单位阶跃扰动风速的响应，图2为采用改进控制器时风力机转速对单位阶跃扰动风速的响应，图3为对控制器参数进行优化后，风力机转速对单位阶跃扰动风速的响应。可以看出，随着控制器地不断改进，风力机转速的动态响应性能逐渐得到提高。通过撰写研究报告、小组答辩等环节，该同学对课程所学知识产生了极大的兴趣，课程考试成绩不但优秀，而且利用所学的知识，已参与完成了老师的三个科研项目。硕士学位论文也非常优秀。

通过在硕士研究生“线性系统理论”课程教学中引入案例性实践环节，引导学生思考课程中蕴涵的科学方法，加深学生对所学理论知识的理解，较全面地锻炼学生的科研实践能力，收到了良好的效果。（本文作者：王晓兰、王志文 单位：兰州理工大学电气工程与信息工程学院）

线性系统理论总结范文6

[关键词]现场总线 组态 实验教学

随着自动控制技术的高速发展，自动化系统的结构变革为以网络集成为基础的分布式结构，现场总线是现场通信网络与控制技术集成的产物。本校机电一体化专业把现场总线与组态控制技术融为一门课程开展教学，安排了18学时讲解现场总线技术。从现有的教学资源出发，设计了两个实验：系统组态、系统应用。通过这两个实验让学生体会现场总线是怎样通过网络来监控系统的。

一、现场总线介绍

现场总线是连接智能现场设备和系统的双向数字通信网络，能支持多节点、总线式的通信。把现场总线技术与智能仪表结合，发展为现场总线控制系统。现场总线突破了集散控制系统专用通信网络的局限性，形成分布式系统框架。

1.1现场总线特征

现场总线采用数字传输，允许在一条通信线缆上连接多个设备。现场总线的计数特征如下：（1）开放性：各不同厂家的设备可进行互连实现信息交换，建立统一的工厂底层网络。（2）互用性：不同厂家的设备可以互相通信，统一组态，类似设备可进行互换实现互用。（3）智能化：总线仪表具有数据处理、状态分析、故障诊断功能，系统可检查设备的运行状况。

1.2典型的现场总线

（1）profibus总线：Profibus支持主从系统、纯主站系统、多主多从系统传输方式。主站控制总线，可主动发送信息。Profibus传输速率为96-12kbps，传输介质为双绞线或光缆，最多挂接127个站点。

（2）CAN总线：CAN总线是控制网络的简称，用于汽车内部测量与执行部件的数据通信。CAN协议建立在国际标准组织的开放系统互联模型基础上，信号传输介质为双绞线，通信速率最高1Mbps，可挂接110个设备。

二、系统组态及应用

2.1系统组态

选用的硬件设备有：工控机、以太网卡、CPU222、CPU224、交换机、MM440变频器、I/O模块。网络系统中以太网的网络部件有交换机、线缆、通信处理器、工控机、计算机。这些设备以交换机为中心，采用总线拓扑结构，连接到以太网上。每个从站有专用的接口模板设备和profibus站地址。从站的通信数据区是由主站统一编地址的数据区。控制网络的软件是组态编程软件STEP7和组态监控软件呢WINCC。

系统组态按照硬件连接方式模拟真实PLC系统。使用编程软件建立项目，对各站的硬件组态和参数设置，将系统组态结果下载到PLC中。

2.2系统应用

现场总线通过通信接口把各设备连接到总线上，通过以太网传递信息到PC上。PC上的编程软件建立项目，输入程序，下载到控制级的CPU中。通过PC站的组态监控软件与PLC的CPU的通信，创建变量，组态显示动态过程和生产状况。

三、改革教学方法，培养创新人才

好的教学方法能取得好的教学效果，充分调动学习积极性，有利于培养创新和实践能力。

以往学生根据教师提供的实验讲义，按照实验步骤操作，态度被动，效果不好。为了提高学习能动性，适当改变教学方法，有利于开展实验教学。设计型实验是教师提供实验任务和实验目的，迫使学生自己查资料，讨论设计方案，大大提高学习主动性。

现场总线开设在大三上学期，学生已经学习了PLC、变频器、计算机等科目，将现场总线实验设计为系统性设计实验已经具备前提基础。实验时提供实验设备，提出要求学生设计楼宇自动化控制网络，不给具体方案，让学生自行设计系统。楼宇自动化作为多学科交叉、实践性很强的系统，可以建立三栋智能楼宇仿真模型，配备现代化智能控制系统，监控设备根据实际建筑需要安装在相应地方，整个实验室就是智能小区的缩小模型。智能楼宇实验室包括视频监控、门禁管理、可视对讲、安全防范、远程抄表、家居控制、楼宇综合自动化实时监控系统等等。