工业控制基础第二章 线性系统的数学描述2
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第二章现在控制理论线性系统的数学描述1第二章现在控制理论线性系统的数学描述1第二章线性系统的数学描述数学模型可以存有许多相同的形式,较常用的存有三种:第一种是:把系统的输入量和输出量之间的关系用数学方式表达出来,称之为输入输出描述,或外部描述;比如:微分方程式、传递函数和差分方程。
第二种是:不仅可以描述系统输入、输出之间的关系,而且还可以描述系统的内部特性,称之为状态空间描述或内部描述;它特别适用于于多输出、多输入系统,也适用于于时变系统、非线性系统和随机控制系统。
第三种是:用比较直观的方块图(结构图)和信号流图模型进行描述。
同一系统的数学模型可以表示为不同的形式,需要根据不同的情况对这些模型进行取舍,以利于对控制系统进行有效的分析。
许多表面上全然相同的系统(例如机械系统、电气系统、液压系统和经济学系统)有时却可能将具备完全相同的数学模型;从这个意义上讲,数学模型表达了这些系统的共性,所以只要研究透了一种数学模型,也就能完全了解具有这种数学模型形式的各式各样系统的本质特征。
92.1线性系统的时域数学模型对于单输出、单输入线性定常系统,使用以下微分方程去叙述:c(n)(t)?a1c(n?1)(t)?a2c?b0r(m)(n?2)?(t)?anc(t)(t)an?1c(m?1)(t)?b1r(t)?b2r(m?2)?(t)?bmr(t)(t)bm?1r(2.1)式中,r(t)和c(t)分别是系统的输入信号和输出信号,c(n)(t)为c(t)对时间t的n阶导数;ai(i?1,2,?n)和bj(j?0,1,?m)就是由系统的结构参数同意的系数。
通常情况下,列写控制系统运动方程的步骤就是(建模过程):首先,分析系统的工作原理及其各变量之间的关系,找出系统的输入量和输出量;其次,根据系统运动特性的基本定律,通常从系统的输出端的已经开始依次写下各元件的运动方程,在列写元件运动方程时,须要考量相连元件间的相互作用;最后,由组成系统各元件的运动方程中,消去中间变量,求取只含有系统输入和输出变量及其各阶导数的方程,并将其化为标准形式。