164 9 控制系统的非线性问题
9.1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9-1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，纵坐标为电机的输出转速，如果伺服电动机工作在A1OA2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B1OB2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。
μ01A2A1B2B
图9-1 伺服电动机特性
9.1.1控制系统中的典型非线性特性的类型
常见典型非线性特性有饱和非线性、间隙非线性、死区非线性、继电非线性等。
9.1.1.1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9-2所示，其中axa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性以限制过载。
MM0xyaaK
图9-2 饱和非线性
9.1.1.2不灵敏区(死区)非线性
控制系统中的测量元件、执行元件等一般都具有死区特性。例如一些测量元件对微弱的输入量不敏感，电动机只有在输入信号增大到一定程度的时候才会转动等等。如图9-3所示，其特性是输入信号在x区间时，输出信号为零。超出此区间时，呈线性特性。这种只有在输入量超过 165 一定值后才有输出的特性称为不灵敏区非线性，其中区域x叫做不灵敏区或死区。
第七章、系统设计
（一）系统结构设计
1．识记：
（1）结构化设计的任务与方法P225-226
结构化设计的任务：根据系统分析的逻辑模型设计应用软件系统的物理
结构
（2）控制结构图P227
控制结构图也称为软件结构图或模块结构图，它表示出一个系统的层次
分解关系、模块调用关系、模块之间数据流和控制信息流的传递关系，
它是设计系统物理结构的主要工具。
控制结构图符号
图形符号说明图形符号说明
表示模块数据存储
表示模块调用关
系，箭尾连接上层
模块，箭头指向被
调用模块表示循环调用下
层模块
表示模块间数据传
递表示选择调用下
层模块
表示模块间控制信
息传递
A
（3）模块的凝聚性和耦合性P229-230
模块凝聚是衡量内部功能的内在联系是否紧密的指标，也是衡量模块质
量好坏的重要指标。
模块间的信息联系方式，称为模块的耦合，它是衡量模块间结构性能的
重要指标。
2．领会
（1）模块、凝聚和耦合的概念P229-230
模块按凝聚程度从低到高分为以下五级：
1 偶然凝聚
一个模块内部各组成部分的处理彼此无关，偶然地组合在一起，这
是一种组织得最差的模块，凝聚程度最低。
2 逻辑凝聚一个模块内部各组成部分的处理逻辑相似，但功能彼不同。
③ 时间凝聚
若干处理由执行时间彼此有关，集中在一起组成的模块。
④ 数据凝聚
模块内部包含若干处理，它们按一定的顺序执行，且前一处理所
产生的输出数据。
⑤ 功能凝聚
一个模块只执行一个明确的功能，且完成该功能所必需的全部成
分都包含在模块中。
模块耦合在三种类型：
1 数据耦合
两个模块间通过调用关系传递被处理的数据称为数据偶合。
② 控制耦合
两个模块通过调用关系，不仅传递数据，还传递对运行过程有影响
的控制信号。
③ 非法耦合
一个模块中的某些内容在另一模块中以某种方式被引用。
（2）模块划分与软件开发成本的关系P228-229
①系统项目容易开发
②降低项目开发成本
③系统有较高的可靠性
④系统容易维护
（3）高凝聚性和低耦合性的意义P229
高凝聚性是指模块内部结构要紧实，每个模块指实现一个明确的功能。
第9章 辅料设计
主要内容：
ACF介绍
ACF设计
ACF使用及保存
绝缘胶水介绍
绝缘胶水的涂布要求和用量计算
胶带导电布泡棉及其他辅料设计
9.1 ACF介绍
1. 什么是ACF
ACF: Anisotropic Conductive Film即异方性导电膜, 其
特点在于Z轴电气导通方向与XY绝缘平面的电阻特性具
有明显的差异性。当Z轴导通电阻值与XY平面绝缘电阻
值的差异超过一定比例后，即可称为良好的导电异方性。
ACF改变了传统的连接导通方式，诸如焊接，连接器连接
等方式，大大地减小了导通面积，也减小了产品的体积，
使产品小型化，芯片微型化。
目前ACF广泛应用于电子行业，如显示行业的COG(chip on
glass)，FOG(film on glass)，TAB(tape automated
bonding)，COF(chip on film)等。
2. ACF的结构
ACF的主要组成部分包括树脂黏着剂，导电粒子两部分。
树脂黏着剂有着防湿气，耐热和绝缘和黏结需要电气导通的两个产品等功能。
树脂分为热塑性树脂和热固性树脂两大类。热塑性树脂主要具有低温黏着，组装
快速和易于返工等特点，但具有高热膨胀性和高吸湿性缺点，使其处于高温高湿
的恶劣条件下，可能无法满足信赖性方面的要求。热固性树脂（如Epoxy，
Polyimide）具有高温稳定性，热膨胀性和吸湿性低等特点，但加工温度高，且
不易返工等缺点。目前常用热固性树脂作为ACF的黏着剂。
导电粒子的大小及均匀分布影响着异方性导电特性，通常，导电粒子必须具备良
好的粒子直径大小一致性，以确保电极与导电粒子之间的接触面接一致，维持相
同的导电电阻，并同时避免部分电极为解除到导电粒子，导致开路的情况。
常见导电粒子的直径为3~10um，须根据产品的特性和导电电极接触面的尺寸来
确定使用导电粒子的大小。
导电粒子目前主要是以导电金属粉末和高分子塑料球表面涂布为主，常见的是使
计算机控制系统试卷三答案
班级： 姓名： 学号： 成绩：
一、 简答题 （每小题4分，共40分）
1、 简述开关量光电耦合输入电路中，光电耦合器的作用。
答：开关量光电耦合输入电路，它们除了实现电气隔离之外，还具有电平转换功能。
2、 回答下述电路中克服共模干扰的工作原理。
答：平时，开关K1i(i=1,2,...,n)处于闭合状态，Ci的电压跟踪Vi的输入值，开关K2i(i=1,2,...,n)处于断开状态。需检测Vi时，则令K1i断开,K2i闭合，放大器K的输出经采样保持器送至A/D转换器化为数字量，然后开关再恢复平时的状态。在采样、转换过程中，放大器K不与任何模拟量信号输入共地，电容Ci的电压均为差模电压，这样就克服了共模电压的影响。
3、 什么是采样或采样过程？
答：采样或采样过程，就是抽取连续信号在离散时间瞬时值的序列过程，有时也称为离散化过程。
4、 线性离散系统的脉冲传递函数的定义是什么？
答：线性离散系统的脉冲传递函数定义为零初始条件下，系统或环节的输出采样函数z变换和输入采样函数z变换之比。
5、 何为积分饱和现象？
答：在标准PID位置算法中，控制系统在启动、停止或者大幅度提降给定值等情况下，系统输出会出现较大的偏差，这种较大偏差，不可能在短时间内消除，经过积分项累积后，可能会使控制量u(k)很大，甚至超过执行机构的极限umax。另外，当负误差的绝对值较大时，也
会出现u
6、 等效离散化设计方法存在哪些缺陷？
答：等效离散化设计方法存在以下缺陷：
(1) 必须以采样周期足够小为前提。在许多实际系统中难以满足这一要求。
(2) 没有反映采样点之间的性能。特别是当采样周期过大，除有可能造成控制系统不稳定外，还使系统长时间处于“开环”、失控状态。因此，系统的调节品质变坏。
(3) 等效离散化设计所构造的计算机控制系统，其性能指标只能接近于原连续系统(只有当采样周期T=0时，计算机控制系统才能完全等同于连续系统)，而不可能超过它。因此，这种方法也被称之为近似设计。
