什麼是非線性控制技術

『壹』 最近在製作開關電源，碰到一個問題，pwm的脈寬改變，但是輸出電壓卻沒有什麼變化，而且一直保持在較大的值

脈寬調制PWM是開關型穩壓電源中的術語.這是按穩壓的控制方式分類的,除了PWM型,還有PFM型和PWM、PFM混合型.脈寬寬度調制式(PWM)開關型穩壓電路是在控制電路輸出頻率不變的情況下,通過電壓反饋調整其占空比,從而達到穩定輸出電壓的目的.脈寬調制(PWM)是利用微處理器的數字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術,廣泛應用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領域中.
一、控制方式的探討
1.模擬電路
模擬信號的值可以連續變化,其時間和幅度的解析度都沒有限制.9V電池就是一種模擬器件,因為它的輸出電壓並不精確地等於9V,而是隨時間發生變化,並可取任何實數值.與此類似,從電池吸收的電流也不限定在一組可能的取值范圍之內.模擬信號與數字信號的區別在於後者的取值通常只能屬於預先確定的可能取值集合之內,例如在{0V, 5V}這一集合中取值.
模擬電壓和電流可直接用來進行控制,如對汽車收音機的音量進行控制.在簡單的模擬收音機中,音量旋鈕被連接到一個可變電阻.擰動旋鈕時,電阻值變大或變小;流經這個電阻的電流也隨之增加或減少,從而改變了驅動揚聲器的電流值,使音量相應變大或變小.與收音機一樣,模擬電路的輸出與輸入成線性比例.
盡管模擬控制看起來可能直觀而簡單,但它並不總是非常經濟或可行的.其中一點就是模擬電路容易隨時間漂移,因而難以調節.能夠解決這個問題的精密模擬電路可能非常龐大、笨重(如老式的家庭立體聲設備)和昂貴.模擬電路還有可能嚴重發熱,其功耗相對於工作元件兩端電壓與電流的乘積成正比.模擬電路還可能對雜訊很敏感,任何擾動或雜訊都肯定會改變電流值的大小.
2.數字控制
通過以數字方式控制模擬電路,可以大幅度降低系統的成本和功耗.此外,許多微控制器和DSP已經在晶元上包含了PWM控制器,這使數字控制的實現變得更加容易了.
簡而言之,PWM是一種對模擬信號電平進行數字編碼的方法.通過高解析度計數器的使用,方波的占空比被調制用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼.PWM信號仍然是數字的,因為在給定的任何時刻,滿幅值的直流神團供電要麼完全有(ON),要麼完全無(OFF).電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復脈沖序列被加到模擬負載上去的.通的時候即是直流供電被加到負載上的時候,斷的時候游判橘即是供電被斷開的時候.只要帶寬足夠,任何模擬值都可以使用PWM進行編碼.
大多數負載(無論是電感性負載還是電容性負載)需要的調制頻率高於10Hz.設想一下如果燈泡先接通5秒再斷開5秒,然後再接通、再斷開…….占空比仍然是50%,但燈泡在頭5秒鍾內將點亮,在下一個5秒鍾內將熄滅.要讓燈泡取得4.5V電壓的供電效果,通斷循環周期與負載對開關狀態變化的響應時間相比必須足夠短.要想取得調光燈(但保持點亮)的效果,必須提高調制頻率.在其他PWM應用場合也有同樣的要求.通常調制頻率為1kHz到200kHz之間.
3.非線性控制PWM
單周控製法又稱積分復位控制(Integration Reset Control,簡稱IRC),是一種新型非線性控制技術,其基本思想是控制開關占空比,在每個周期使開關變數的平均值與控制參考電壓相等或成一定比例.該技術同時具有調制和控制的雙重性,通過復位開關、積分器、觸發電路、比較器達到跟蹤指令信號的目的.單周控制器由控制器、比較器、積分器及時鍾組成,其中控制器可以是RS觸發器,此中K可以是任何物理開關,也可是其他可轉化為開關變數形式的抽象信號.
單周控制在控制電路中不需要誤差綜合,它能在一個周期內自動消除穩態、瞬態誤差,使前一周期的誤差不會帶到下一周期.雖然硬體電路較復雜,但其克服了傳統的PWM控制方法的不足,適用於各種脈寬調制軟開關逆變器,具有反應快、開關頻率恆定、魯棒性強等優點.此外,單周控制還能優化系統響應、減小畸變和抑制電源干擾,是一種很有沖掘前途的控制方法.
4.硬體控制器
許多微控制器內部都包含有PWM控制器.例如,Microchip公司的PIC16C67內含兩個PWM控制器,每一個都可以選擇接通時間和周期.占空比是接通時間與周期之比,調制頻率為周期的倒數.
雖然具體的PWM控制器在編程細節上會有所不同,但它們的基本思想通常是相同的.
5.通信與控制
PWM的一個優點是從處理器到被控系統信號都是數字形式的,無需進行數模轉換.讓信號保持為數字形式可將雜訊影響降到最小.雜訊只有在強到足以將邏輯1改變為邏輯0或將邏輯0改變為邏輯1時,也才能對數字信號產生影響.
對雜訊抵抗能力的增強是PWM相對於模擬控制的另外一個優點,而且這也是在某些時候將PWM用於通信的主要原因.從模擬信號轉向PWM可以極大地延長通信距離.在接收端,通過適當的RC或LC網路可以濾除調制高頻方波並將信號還原為模擬形式.
PWM廣泛應用在多種系統中.作為一個具體的例子,我們來考察一種用PWM控制的制動器.簡單地說,制動器是緊夾住某種東西的一種裝置.許多制動器使用模擬輸入信號來控制夾緊壓力(或制動功率)的大小.加在制動器上的電壓或電流越大,制動器產生的壓力就越大.
可以將PWM控制器的輸出連接到電源與制動器之間的一個開關.要產生更大的制動功率,只需通過軟體加大PWM輸出的占空比就可以了.如果要產生一個特定大小的制動壓力,需要通過測量來確定占空比和壓力之間的數學關系(所得的公式或查找表經過變換可用於控制溫度、表面磨損等等).
例如,假設要將制動器上的壓力設定為100psi,軟體將作一次反向查找,以確定產生這個大小的壓力的占空比應該是多少.然後再將PWM占空比設置為這個新值,制動器就可以相應地進行響應了.如果系統中有一個感測器,則可以通過閉環控制來調節占空比,直到精確產生所需的壓力.
位器來替代機械式電位器,但這樣做會加大成本.產生PWM波形的第二種辦法是採用ADμC824 MicroConverter(微轉換器).它除了提供兩個PWM信號輸出以外,還集成了幾個ADC、幾個DAC、一個與8052兼容的微控制器以及快閃記憶體.你可以配置出解析度高達16位的PWM.不過,已編程的頻率會影響PWM的解析度.PWM的頻率和解析度如下:FPWM=16.777 MHz/N,式中N是以位表示的解析度.
一個內部PLL可根據32千赫晶振推導出16.77MHz基準時鍾.該基準時鍾對PWM的輸出信號進行采樣.如前所述,N是PWM的解析度,即位的多少.要達到16位的解析度,PWM的最大頻率是266Hz.頻率為200kHz時,解析度會降到大約6位.因此,ADμC832對於低頻高解析度系統來說是一種理想的低成本方法,但對於高頻高解析度系統來說並非如此.
二、定時/計數器PWM設計要點
根據PWM的特點,在使用ATmega128的定時/計數器設計輸出PWM時應注意以下幾點:
1.首先應根據實際的情況,確定需要輸出的PWM頻率范圍,這個頻率與控制的對象有關.如輸出PWM波用於控制燈的亮度,由於人眼不能分辨42Hz以上的頻率,所以PWM的頻率應高於42Hz,否則人眼會察覺到燈的閃爍.
2.然後根據需要PWM的頻率范圍確定ATmega128定時/計數器的PWM工作方式.AVR定時/計數器的PWM模式可以分成快速PWM和頻率(相位)調整PWM兩大類.
3.快速PWM可以的到比較高頻率的PWM輸出,但占空比的調節精度稍微差一些.此時計數器僅工作在單程正向計數方式,計數器的上限值決定PWM的頻率,而比較匹配寄存器的值決定了占空比的大小.PWM頻率的計算公式為:PWM頻率 = 系統時鍾頻率/(分頻系數*(1+計數器上限值))
4.快速PWM模式適合要求輸出PWM頻率較高,但頻率固定,占空比調節精度要求不高的應用.
5.頻率(相位)調整PWM模式的占空比調節精度高,但輸出頻率比較低,因為此時計數器僅工作在雙向計數方式.同樣計數器的上限值決定了PWM的頻率,比較匹配寄存器的值決定了占空比的大小.PWM頻率的計算公式為:
PWM頻率 = 系統時鍾頻率/(分頻系數*2*計數器上限值))
6.相位調整PWM模式適合要求輸出PWM頻率較低,但頻率固定,占空比調節精度要求高的應用.當調整占空比時,PWM的相位也相應的跟著變化(Phase Correct).
7.頻率和相位調整PWM模式適合要求輸出PWM頻率較低,輸出頻率需要變化,占空比調節精度要求高的應用.此時應注意:不僅調整占空比時,PWM的相位會相應的跟著變化;而一旦改變計數器上限值,即改變PWM的輸出頻率時,會使PWM的占空比和相位都相應的跟著變化(Phase and Frequency Correct).
8.在PWM方式中,計數器的上限值有固定的0xFF(8位T/C);0xFF、0x1FF、0x3FF(16位T/C).或由用戶設定的0x0000-0xFFFF,設定值在16位T/C的ICP或OCRA寄存器中.而比較匹配寄存器的值與計數器上限值之比即為占空比.
三、PWM應用設計參考
下面給出一個設計示例,在示例中使用PWM方式來產生一個1KHz左右的正弦波,幅度為0-Vcc/2.
首先按照下面的公式建立一個正弦波樣本表,樣本表將一個正弦波周期分為128個點,每點按7位量化(127對應最高幅值Vcc/2):f(x) = 64 + 63 * sin(2πx/180) x∈[0…127]
如果在一個正弦波周期中採用128個樣點,那麼對應1KHz的正弦波PWM的頻率為128KHz.實際上,按照采樣頻率至少為信號頻率的2倍的取樣定理來計算,PWM的頻率的理論值為2KHz即可.考慮盡量提高PWM的輸出精度,實際設計使用PWM的頻率為16KHz,即一個正弦波周期(1KHz)中輸出16個正弦波樣本值.這意味著在128點的正弦波樣本表中,每隔8點取出一點作為PWM的輸出.

『貳』 在模擬調制中,線性調制與非線性調制的定義是什麼

廣義的線性調制，是指已調波中被調參數隨調 制信號成線性變化的調制過程。x0dx0a狹義的線性調制，是指把毀裂調制信號的頻譜搬移到載波頻率兩側而成為上、下邊帶的調制過程。x0dx0ax0dx0a非線性調制是調制技術的一種實現方式，與線性調制相對應。x0dx0a非線性調制與線性調制本質的區別在於：線性調制不改變信號的原始頻譜結構，而非線性調銀橋制改變了信號的原始頻譜結構。此外，非線性調制往往佔用較寬的帶寬。x0dx0ax0dx0a常見的非線性調制主要有：x0dx0a調頻（FM），窄鋒余猛帶調頻（如民用對講機）和寬頻調頻（FM廣播）均屬於非線性調制范疇。x0dx0a移頻鍵控（FSK），常用於自動控制、無線數傳。x0dx0a移相鍵控（PSK）和差分移相鍵控（DPSK），常用於自動控制、無線數傳。

『叄』 非線性控制系統的奇特現象

非線性系統中會出現一些在線性系統中不可能發生的奇特現象，歸納起來有如下幾點：①線性系統的穩定性和輸出特性只決定於系統本身的結構和參數。而非線性系統的穩定性和輸出動態過程，不僅與系統的結構和參數有關，而且還與系統的初始條件和輸入信號大小有關。例如，在幅值大的初始條件下系統的運動是收斂的（穩定的），而在幅值小的初始條件下系統的運動卻是發散的（不穩定的），或者情況相反。②非線性系統的平衡運動狀態，除平衡點外還可能有周期解。周期解有穩定和不穩定兩類，前者觀察不到，後者是實際可觀察到的。因此在某些非線性系統中，即使罩頌沒有外部輸入作用也會產生有一定振幅和頻率的振盪,稱為自激振盪,相應的相軌線為極限環。改變系統的參數可以改變自激振盪的振幅和頻率。伏羨這個特性可應用於實際工程問題，以達到某種技術目的。例如，根據所測溫度來影響自激振盪的條件，使之振盪或消振，可以構成雙位式溫度調節器。③線性系統的輸入為正弦函數時，其輸出的穩態過程也是同頻率的正弦函數，兩者僅在相位和幅值上不同。但非線性系統缺悶拍的輸入為正弦函數時，其輸出則是包含有高次諧波的非正弦周期函數，即輸出會產生倍頻、分頻、頻率侵佔等現象。④復雜的非線性系統在一定條件下還會產生突變、分岔、混沌等現象。

『肆』 非線性參數化系統包含哪些控制方法

參數化設計，把建築設計視作一個復雜臘燃的系統，把各種影響因素看成參變數,並在對場地及建築性研究的基礎上，找到聯結各個參變數的規則，進而建立參數模型，運用計算機軟體生成建築體量、空間、形式或結構，且可以通過改變參變數的固定值，獲得多解性及動態性的設計方案。 有人說「非線性建築將在復雜科學的引導下，成為下一個千年一場重要的建築運動。」 有人說「非線性建築將作為信息社會的標志，引領二十一世紀世界建築新潮流。」 類似介紹在網上數不勝數，讀著不僅繞口而輪茄虛且肉麻，誇誇其談的人從來不在乎自己的溢美之詞言過其實。 新的建築理論、設計方法永遠都在涌現，至於它是否能成為主流，不妨冷眼旁觀。 我們從來不拒絕新的東西，但一納毀定要在選擇之後冷靜的拿來，而非被動的全盤接受。 近二十年來，國外的設計公司蜂擁而入，中國已經成為世界建築的試驗田，其中不乏經典之作，勞民傷財的敗筆也不在少數。 一種方法不可能適合全部的建築， 一種形式不可能適合所有的城市， 如果有朝一日，北京城淪為曼哈頓包圍著紫禁城， 不知擁有如此「傑作」的建築師是否會心安理得......

『伍』 非線性控制系統的應用

在工程上還經常遇到一類弱非線性系統伏棗，即特性和運動模式與線性系統相差很小的系統。對於這類系統通常以線性系統模型作為一階近似，得出結果後再根據系統的弱非線性加以修正，以便得到較精確的結果。攝動方法是處理這類系統的常用工具。而對於本質非線性系統，則需要用分段線性化法等非線缺瞎拆性理論和方法來處理。
現代廣泛應用於工程上的分析方法有基於頻率域分析的描述函數法和波波夫超穩定性等，還有基於時間域分析的神橋相平面法和李雅普諾夫穩定性理論等。這些方法分別在一定的假設條件下，能提供關於系統穩定性或過渡過程的信息。而計算機技術的迅速發展為分析和設計復雜的非線性系統提供了有利的條件。
在某些工程問題中，非線性特性還常被用來改善控制系統的品質。例如將死區特性環節和微分環節同時加到某個二階系統的反饋迴路中去，就可以使系統的控制既快速又平穩。又如，可以利用繼電特性來實現最速控制系統。
非線性控制系統在許多領域都具有廣泛的應用。除了一般工程系統外，在機器人、生態系統和經濟系統的控制中也具有重要意義。

『陸』 非線性控制的應用領域

生襪肆活中也很難找到真正的線性系統，非線性控制有很多，比如汽車助力控制，機器人關節控制，飛機線控等，近些年已經很少研型前究線性控制了，非線性領域的控制技術發展很快，現在較多的有H無窮，滑模變結構，觀測器也有很多，目前卜好清國際最熱的螺旋滑模觀測器就是非線性控制器的一種，線性控制主要研究dx=Ax+bu 非線性研究 dx=Ax+Bu+f（x，t）+D，f（x，t）是研究重點了。