第八章 系统分析
第8章 非线性系统分析
一、非线性控制系统概述(11)
考虑著名的范德波尔方程
x 2 (1 x2 ) x x 0, 0
该方程描述具有非线性阻尼的非线性二阶系统。当扰动使 x 1 时,因为 (1 x 2 ) 0 系统具有负阻尼,此时系统 x(t ) 的运动呈发散形式;当 x 1 时,因为 从外部获得能量, 2 (1 x 2)>0,系统具有正阻尼,此时系统消耗能量, x(t ) 的运动呈收敛形式;而 当x=1 时,系统为零阻尼, 系统运动呈等幅振荡形式。 上述分析表明,系统能克 服扰动对 的影响,保持幅 值为1的等幅振荡,见右图。
1
第八章 非线性控制系统分析
本章主要内容: 一、非线性控制系统概述 二、常见非线性特性及其对系统运动的影响 三、描述函数法
2
第八章、非线性控制系统分析
本章要求 : 1、了解非线性系统的特点 2、了解常见非线性特性及其对系统运动的影响 3、掌握研究非线性系统描述函数法
3
一、非线性控制系统概述
本节主要内容: 1、研究非线性控制理论的意义 2、非线性系统的特征 3、非线性系统的分析与设计方法
5
一、非线性控制系统概述(2)
6
一、非线性控制系统概述(3)
在下图所示的柱形液位系统中,设 H为液位高度,Qi 为 C 为贮槽的截面积。根据水力 液体流入量, Q0为液体流出量, 学原理知
Q0 k H
其中比例系数 k 取决于液体的粘度的阀阻。 液体系统的动态方程为
dH C Qi Q 0 Qi k H dt
显然,液位和液体输入量的数字关系式为非线性微分方程。 由此可见,实际系统中普遍存在非线性因素。
7
一、非线性控制系统概述(4)
第八章-测量系统分析(MSA).学习资料
测量值绘制X-Chart图进行控制. 如果失控则表示量测系统
主值 (参考标准)
时间 1
须校正或维修.
时间 2
Copyright 2009 周文慧,华南理工大学工业工程系.
7-16
4、量具线性与偏移
偏移 对同一测量对象进行多次测量的平均值与 该测量对象的基准值或标准值之差。 其中标准值可以通过更高级别的测量设备 进行若干次测量取其平均值来确定。 通常通过校准来确定是否存在偏移。
)
5.15C
Copyright 2009 周文慧,华南理工大学工业工程系.
7-11
再生性(Reproducibility)
再生性又称作业者变异,指不同作业者以相同量具 量测相同产品之特性时,量测平均值之变异
在测量条件有所变化下,重复测量值之间的变异(操 作者,装夹,位置,环境条件,较长的时间段)
m观察 = m真实 + m误差
测量系统准度:通过 “偏移与线性”決定
Copyright 2009 周文慧,华南理工大学工业工程系.
7-4
精度(精确度):变异 观察到的变异 = 产品变异 + 测量变异
真实值
测量值
2 观察
=
2 产品
+
2 測量
测量系统变异性:通过 “R&R研究”決定
Copyright 2009 周文慧,华南理工大学工业工程系.
主值 良好重复性
主值
不良重复性
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7-10
重复性(Repeatability)计算:
在R-chart图控制下,再现性的标准差估计值
=R/d C
*
电力系统分析第8章
1 p
Iq
(
p)
[
pX
d(
X d ( p)ud (0) p) r][ pX
[ pX d ( p) q( p) r] X
r ]uq(0) d ( p)X
q
(
p)
1 p
ud (0) puq(0) ( p2 1) xq
1 p
拉普拉斯反变换后,得到时域解:
id
u q (0) xd '
u q (0) xd '
cos t
ud (0) xd '
sin t
u q (0) xd '
u (0) xd '
cos(t
0)
i3;
u d (0) xq
cos t
u q(0) xq
sin
t
ud (0) xq
u (0) xq
sin(t
0)
iqn
iq
△id与△iq含有两个分量:直流分量与同步频率的交
• 无限大功率电源是个相对概念。 • 若电源的内阻抗小于短路回路总阻抗的10%,
即可以认为电源为无限大电源。 • 例如,多台发电机并联运行或短路点远离电
源等情况,都可以看作无限大功率电源供电 的系统。
8.2.2 暂态过程分析
一无限大功率电源供电的三相对称系统,短路发生前,电 路处于稳定状态,三相电流对称,用下标(0)、0表示短 路发生前后:
量、强制分量或周期分量 i pa ,与所在相的电源电压有
相同的变化规律,即:
ipa i aIm si n t ( )
Im
Um
R2 2L2
arctanL
R
• 短路点左侧暂态电路的时间常数为Ta,其值由电路参数
生物信息学 第八章 系统发育分析
系统发生(或种系发生、系统发育,phylogeny)是指生物形成或进化的历史。系统发 生学(phylogenetics)研究物种之间的进化关系,其基本思想是比较物种的特征,并认为特征
相似的物种在遗传学上接近。系统发生研究的结果往往以系统发生树(phylogenetic tree)表
8.1.3 距离和特征
用于构建系统发生树的分子数据分成两类:(1)距离(distances)数据,常用距离矩 阵描述,表示两个数据集之间所有两两差异;(2)特征(characters)数据,表示分子所具有 的特征。 分子系统发生分析的目的是探讨物种之间的进化关系,其分析的对象往往是一组同源的 序列。这些序列取自于不同生物基因组的共同位点。序列比对是进行同源分析的一种基本手 段,是进行系统发生分析的基础,一般采用基于两两比对渐进的多重序列比对方法,如 ClustalW 程序。通过序列的比对,可以分析序列之间的差异,计算序列之间的距离。 无论是 DNA 序列,还是蛋白质序列,都是由特定字母表中的字符组成的。计算序列之 间距离的一个前提条件是要有一个字符替换模型,替换模型影响序列多重比对的结果,影响 系统发生树的构造结果。在具体的分析过程中,需要选择一个合理的字符替换模型,参见第 3 章的各种打分模型或代价、距离模型。 距离(或者相似度)是反映序列之间关系的一种度量,是建立系统发生树时所常用的一 类数据。在计算距离之前,首先进行序列比对,然后累加每个比对位置的得分。可以应用第
的连线称为分支,其中一端与叶节点相连的为外支,不与叶节点相连的为内支。
系统发生树有许多形式:可能是有根树(rooted tree),也可能是无根树(unrooted tree);
可能是一般的树,也可能是二叉树;可能是有权值的树(或标度树,scaled tree,树中标明
管理信息系统原理与应用 第8章-信息系统分析
对于医院来说,各项原始资料保存完好、基础数据管理规范在很大程度上为系统实 施创造了良好的环境,既保证了系统的基础数据、文件、报表的准确性和时效性,同 时在一定程度上也提高了系统的信息输入质量,最终保证系统开发的成功。因此,新 系统的开发在管理方面上具有可行性。 综上所述,新系统开发是完全可行的。
24
25
8.4 建立新系统逻辑模型
经过业务流程分析、数据流程分析、数据字典的建立,系统分析员已经对现 行系统有了比较深刻的认识。这时需要进一步调查用户对新系统的功能、性能、 运行上的需求,以及预测将来可能的需求,对当前业务中某些数据流向的不合 理,某些数据存储有不必要的冗余,某些处理原则不合理等等,进行必要的的 优化和改动,从而得到新系统的逻辑模型。 新系统逻辑模型是指经分析和优化后,对新系统具有的功能和功能实现方法 所级出的方案。它是在现行系统逻辑模型的基础上提出来的,要以现行系统数 据流程图为基础,并以新系统的目标为依据、逐层修改现行系统数据流程图来 实现。
输入的数据流:医生开的处方单
39
输出的数据流:划价单
本章小结
• 系统分析是继系统规划之后按规划的项目进行系统开发的第一个 阶段。系统分析阶段的主要活动有:系统初步调查、可行性分析 、详细调查、建立新系统逻辑模型、编写系统分析报告。
估算费用,计算开发新系统需要多大投资,目前资金有无落实。经济合理性 的工作是计算系统开支及新系统带来的效益,对开发项目的成本与效益作出 评估。
管理可行性 除了技术上、经济上的因素外,还有很多社会因素会对对系统开发产生影响,
《自动控制原理》第八章非线性控制系统分析
K G jw = ( ) S 0.1S+1)( 0.2S+1) ( K −0.3w− j(1−0.02w2 )] [ = 4 2 w 0.0004w + 0.05w +1) (
S= jw
令 ImG(jw) = 0 即 1 – 0.02w2 = 0 ,可得 G(jw) 曲线与负实轴交点的频率为:
1 wx = = 50 = 7.07rad / s 0.02
C(t)
∆2 ∆3 ∆ = ∆1 + + k k k2 1 1
K1 ,k2 ,k3 为传递函数各自的增益
处于系统前向通路最前边的元件,其死区所 造成的影响最大,而放大元件和执行元件的影响 可以通过提高这些元件前几项的传递函数来减小。 死区对系统的直接影响是造成稳态误差,降 低了定位精度。
≤ 时,输出量 y 与 x 是线 饱和:当输入量 x≤ a x> a > 时,输出量不再 性关系 y = kx ,当 随着输入量线性增长,而保持为某一常值。
两条曲线在交点处的幅值相等,即: −π
1 1 1 2 [arcsin + 4 1−( ) ] A A A = −1
得:A = 0.5 应用奈氏判据可以判断交点对应的周期运动 2.5sin7.07t 是稳定的,故当 k = 15 时,非线性系统 工作在自振状态,自振振幅 A = 2.5 ,频率 w = 7.07rad/s (2)欲使系统稳定地工作,不出现自振荡,由于 G(s) 的极点均在右半平面,故根据奈氏判据
相对负倒描述函数为:
A A2 ( ) 1 π π h h − =− =− NA ( ) 4 4 A2 h2 1−( ) ( ) −1 h A
采用相对描述函数后,系统的特征方程改写为:
第八章测量系统分析-1
第八章测量系统分析(Measurement Systems Analysis,MSA)一、有关术语及定义1、测量系统——一套组装的并适用于特定量在规定区间内给出测得值信息的一台或多台测量仪器,通常还包括其他装置,诸如试剂和电源。
1)一个测量系统可以仅包括一台测量仪器。
注:测量系统——是用来获得测量结果的整个过程。
▲2、测量仪器(计量器具)——单独或与一个或多个辅助设备组合,用于进行测量的装置。
1)一台可单独使用的测量仪器是一个测量系统。
2)测量仪器可以是指示式测量仪器,也可以是实物量具。
3、测量设备——为实现测量过程所必需的测量仪器、软件、测量标准、标准物质、辅助设备或其组合。
4、示值——由测量仪器或测量系统给出的量值。
5、示值误差——测量仪器示值与对应输入量的参考量值之差。
6、分辨力——引起相应示值产生可察觉到变化的被测量的最小变化。
7、显示装置的分辨力——能有效辨别的显示示值间的最小差值。
8、仪器偏移——重复测量示值的平均值减去参考量值。
9、测量仪器的稳定性——测量仪器保持其计量特性随时间恒定的能力。
简称稳定性。
稳定性可用几种方式量化:1)用计量特性变化到某个规定的量所经过的时间间隔表示。
2)用计量特性在规定时间间隔内发生的变化表示。
10、仪器漂移——由于测量仪器计量特性的变化引起的示值在一段时间内的连续或增量变化。
1)仪器漂移既与被测量的变化无关,也与任何认识到的影响量的变化无关。
11、影响量引起的变差——当影响量依次呈现两个不同的量值时,给定被测量的示值差或实物量具提供的量值差。
1)对实物量具,影响量引起的变差是影响量呈现两个不同值时其提供量值间的差值。
12、影响量——在直接测量中不影响实际被测的量,但会影响示值与测量结果之间关系的量。
例:1)用安培计直接测量交流电流恒定幅度时的频率。
2)测量某杆长度时测微计(千分尺)的温度。
13、测量重复性——在一组重复性测量条件下的测量精密度。
简称重复性。
自动控制原理第八章非线性控制系统分析
第八章非线性控制系统分析l、基本内容和要求(l)非线性系统的基本概念非线性系统的定义。
本质非线性和非本质非线性。
典型非线性特性。
非线性系统的特点。
两种分析非线性系统的方法——描述函数法和相平面法。
(2)谐波线性化与描述函数描述函数法是在一定条件下用频率特性分析非线性系统的一种近似方法。
谐波线性化的概念。
描述函数定义和求取方法。
描述函数法的适用条件。
(3)典型非线性特性的描述函数(4)用描述函数分析非线性系统非线性系统的一般结构。
借用奈氏判据的概念建立在奈氏图上判别非线性反馈系统稳定性的方法,非线性稳定的概念,稳定判据。
(5)相平面法的基本概念非线性系统的数学模型。
相平面法的概念和内容。
相轨迹的定义。
(6)绘制相轨迹的方法解析法求取相轨迹;作图法求取相轨迹。
(7)从相轨迹求取系统暂态响应相轨迹与暂态响应的关系,相轨迹上各点相应的时间求取方法。
(8)非线性系统的相平面分析以二阶系统为例说明相轨迹与系统性能间的关系,奇点和极限环的定义,它们与系统稳定性及响应的关系。
用相平面法分析非线性系统,非线性系统相轨迹的组成。
改变非线性特性的参量及线性部分的参量对系统稳定性的影响。
2、重点(l)非线性系统的特点(2)用描述函数和相轨迹分析非线性的性能,特别注重于非线性特性或线性部分对系统性能的影响。
8-1非线性控制系统分析1研究非线性控制理论的意义实际系统都具有程度不同的非线性特性,绝大多数系统在工作点附近,小范围工作时,都能作线性化处理。
应用线性系统控制理论,能够方便地分析和设计线性控制系统。
如果工作范围较大,或在工作点处不能线性化,系统为非线性系统。
线性系统控制理论不能很好地分析非线性系统。
因非线性特性千差万别,无统一普遍使用的处理方法。
非线性元件(环节):元件的输入输出不满足(比例+叠加)线性关系,而且在工作范围内不能作线性化处理(本质非线性)。
非线性系统:含有非线性环节的系统。
非线性系统的组成:本章讨论的非线性系统是,在控制回路中能够分为线性部分和非线性部分两部分串联的系统。
第八章 非线性控制系统分析
整理后得: x
2
x (x x )
2 2 0 2 0
相轨迹
2.等倾线法 --不解微分方程,直接在相平面上绘制相轨迹。 等倾线: 相平面上相轨迹斜率相等的诸点的连线。 等倾线法基本思想: 先确定相轨迹的等倾线,进而绘出相轨迹的切线 方向场,然后从初始条件出发,沿方向场逐步绘制相
四、继电特性
y M 0 x
M y M
x 0 x 0
-M
对系统的影响:
1可能会产生自激振荡,使系统不稳定或稳态误差增大;
2.如选得合适可能提高系统的响应速度。
其他继电特性
y
M -h 0 h -M x M -△ 0
y
-△
△
y M 0 △ -M x
-M
死区 + 继电
x
滞环 + 继电
x ,从x, x 中消
(2)直接积分法
dx dx dx dx x x dt dx dt dx
dx x f ( x, x ) dx
g ( x)dx h( x)dx
x
x0
g ( x)dx h( x)dx
x1,2 0.25 1.39 j
系统在奇点(0,0)处有一对具有负实部的共轭复根, 故奇点(0,0)为稳定的焦点。
f ( x, x ) 奇点(-2,0)处 x
x 2 x 0
2
f ( x, x ) x
c
c
c
c
(6)≤-1 s1s2 --两个正实根
四、奇点和奇线
1.奇点 --同时满足 x 0 和 f ( x, x) 0 的点。
自动控制原理第8章_非线性控制系统分析
B1 1 3 2 N ( A) A A 2 16
8.2.3 典型非线性特性得描述函数
1.饱和特性的描述函数
X(t) X(t)
kA sin t 0 ω t 1 x(t ) ka b ω t 1 2
X(t)是单值奇函数,所以A1=0
非线性环节的描述函数总是输入信号幅值A的函数, 一般也是频率的函数,因此,描述函数一般记为
N ( A, j )
非线性元件的描述函数或等效幅相频率特性与输入 的正弦振荡的振幅A有关,这是非线性特性本质的反 映。它与线性环节的情况正好相反,线性环节的幅 相特性(频率特性)与正弦输入的幅值无关。
8.2.2描述函数
4 B1 [ kA sint sinω td (ω t ) ka sinω td (ω t )] π
1
e(t)
0
4kA 4ka sin2 d π π
1
2
1
0
4kA 1 1 4ka ( sin 2 1 ) cos 1 2 4
2k a a a A[arcsin( ) 1 ( )2 ] A A A
8.1.4
继电器特性
8.1.4
继电器特性
(t ) 0 m a e(t ) a, e 0 , 0 , (t ) 0 a e ( t ) m a , e x(t ) bsign[e(t )], e(t ) a b , e(t ) m a, e (t ) 0 (t ) 0 b , e(t ) m a, e
(6)气动或液压滑阀的搭接段。 放大器的输出饱和或输出限幅
8.1.3
人机工程学第八章 人机系统分析与评价
第八章 人机系统分析与评价
人机系统设计的 一般程序
❖人机系统的目标建立与作业要求
❖定义人机系统的输人/输出及其功能
❖初步设计
①制定对使用者的素质要求和选择 操作人员的标准。②设计操作手册;
❖人机界面设设计计作业辅助手段;设计培训方案。
❖作业辅助设计
❖系统的验证和发展
第八章 人机系统分析与评价
人机系统设计的 一般程序
指数 值
3 2 1 0
表8-18 密集指数 密集程度
典型事例
能舒服地进行作业 身体的一部分受到限制 身体的活动受到限制
操作受到显著限制,作业相当 困难
在宽敞的地方操作机床
在无容膝空间工作台上 工作 在高台上仰姿作业 维修化铁炉内部
第八章 人机系统分析与评价①对环境的第一印象;②照度;③眩
光感觉;④亮度分布;⑤光影;⑥颜
❖人机系统的目标建立与作业要求
❖定义人机系统的输人/输出及其功能
❖初步设计
❖人机界面设计 系统验证阶段的工作包括制定验证标
❖作业辅助设计准,实施验证和做出验证结论。 ❖系统的验证和发展
第八章 人机系统分析与评价
第三节 人机系统分析
一、连接分析 二、作业分析 三、操作顺序图分析
第八章 人机系统分析与评价
第八章 人机系统分析与评价
• (1)功能分配。功能分配是指为了使系 统达到最佳匹配,在研究分析人和机器 特性的基础上,充分发挥人和机器的潜 能,合理地将系统各项功能分配给人和 机器的过程。
– 功能分配的任务是决定系统的哪一部分功能 由人完成,哪一部分功能由机器完成。因此, 必须对人和机器的特性充分分析比较
第八章 人机系统分析与评价
连接分析
连接分析的目的
第八章_非线性控制系统分析
偏移下的自由运动
2011 秋
许燕斌
自动控制理论A
Lo o
4、线性系统在没有外作用时,周期运动只发生在临界情况,
而这一周期运动是物理上不可能实现的; 非线性系统,在没有外作用时,系统中完全有可能发生一 定频率和振幅的稳定的周期运动,如图所示,这个周期运 动在物理上是可以实现的,通常把它称为自激振荡,简称 自振。
自动控制理论A
Lo o
x
k [e(t ) e0 ], x(t ) 0 x (t ) k [e(t ) e0 ], x(t ) 0 bsigne(t ), x(t ) 0
b k
k
e0 -b
-e0
e
2011 秋
许燕斌
自动控制理论A
4、继电特性
2011 秋
许燕斌
自动控制理论A
8.1 非线性系统及其特点
一.实际系统中的非线性因素
Lo o
一些常见的非线性特性
2011 秋
许燕斌
自动控制理论A
Lo o
除上述实际系统中部件的不可避免的非线性因素 外,有时为了改善系统的性能或者简化系统的结 构,人们还常常在系统中引入非线性部件或者更 复杂的非线性控制器。 通常,在自动控制系统中采用的非线性部件,最 简单和最普遍的就是继电器。
2011 秋
许燕斌
自动控制理论A
Lo o
二、非线性系统的特点(与线性系统的区别)
1、线性系统满足叠加原理,而非线性控制 系统不满足叠加原理。
2011 秋
许燕斌
自动控制理论A
Lo o
2、在线性系统中,系统的稳定性只取决于系统的 结构和参数,对常参量线性系统,只取决于系统 特征方程根的分布,而和初始条件、外加作用没 有关系; 对于非线性系统,不存在系统是否稳定的笼统概 念。必须具体讨论某一运动的稳定性问题。非线 性系统运动的稳定性,除了和系统的结构形式及 参数大小有关以外,还和初始条件有密切的关系。
非线性控制系统分析(第八章)
c(t ) c10 e c20 e 由初始条件决定。当取初始条件使 或 , c10 , c 20 c10 0 则相轨迹为 或 ;而在其它情况下,由于特征 c20 0 根 远离虚轴,故第二项很快衰减,系统运动过程特别是过 c s2 c c s c 1 渡过程的后期主要取决于第一项。这一结果与相平面分析的 s2 结果一致。
s1
s2
a a 4b 2
0
a a2 4b 2
0
s1 , s 2 为两个符号相反的互异实根,系统相平面图见下张图。
13
Байду номын сангаас
三、相平面法(17)
由图可见,图中两条特殊的等倾线是相轨迹,也是其它相轨 迹的渐近线,此外作为相平 面的分隔线,还将相平面划 分为四个具有不同运动状态 的区域。当初始条件位于 c s2 c 对应的相轨迹,系 统的运动将趋于原点,但只 要受到极其微小的扰动,系 统的运动将偏离该相轨迹, 并最终沿着c s1 c对应的相 轨迹的方向发散 至无穷。 因此 b 0 时,线性二阶系统的运动是不稳定的。 14
15
dc
a
三、相平面法(19)
3)b 0 。取 a /(2 b ) ,并分以下几种情况加以分析: ① 0 1 。系统特征根为一对具有负实部的共轭复根。 系统的零输入响应为衰减振荡形式。取 =0.5, n 1, 运用等倾线法绘制系统的 相轨迹如右图所示。相 轨迹为向心螺旋线,最 终趋于原点。
f ( x, x ) a x
7
三、相平面法(11)
4)一般地,等倾线分布越密,则所作的相轨迹越准确。 但随所取等倾线的增加,绘图工作量增加,同时也使 作图产生的积累误差增大。为提高作图精度,可采用 平均斜率法,即取相邻两条等倾线所对应的斜率的平 均值为两条等倾线间直线的斜率。
第八章 测量系统分析(MSA).
零件间变异: PV=5.15
Copyright 2009 周文慧,华南理工大学工业工程系.
p
7-16
稳定性
对于测量系统长期测量相同的标准件的均值和 标准偏差来说,测量值的分布应保持一致,没 有漂移、没有突然变化,并可以预测。 可以用测量系统不同时间测量相同的标准件的 主值 测量值绘制X-Chart图进行控制. (参考标准) 如果失控则表示量测系统 时间 1 时间 2 须校正或维修.
Regression 95% CI
1.0
Data Avg Bias
0.5
0.0
0
Gage Bias Reference Bias %Bias Average -0.053333 0.3 2 0.491667 3.0 4 0.125000 0.8 6 0.025000 0.2 8 -0.291667 1.8 10 -0.616667 3.7
重复性(Repeatability) EV=5.15
C
* =5.15R/d 2
)
5.15C
Copyright 2009 周文慧,华南理工大学工业工程系. 7-12
再生性(Reห้องสมุดไป่ตู้roducibility)
再生性又称作业者变异,指不同作业者以相同量具 量测相同产品之特性时,量测平均值之变异
在测量条件有所变化下,重复测量值之间的变异
第八章 测量系统分析
主讲:龚祝平
测量系统分析(MSA)
1、测量系统分析概述
测量系统是对测量单元进行量化或对被测的特性进行评估, 是用来获得测量结果的过程。 理想的测量系统在每次使用时应只产生正确的测量结果: 与一个标准值相符。 而事实上,理想的测量系几乎是不存在的:用一把校准好 的卡尺,不同的人测量同一件零件都会产生不同的结果。 低质量的测量系统产生的测量结果往往本身就有较大的偏 差,从而可能掩盖被分析过程的偏差,这种结果用于质量 验证、质量改进和过程控制分析显然是不恰当的。
131209第8章非线性控制系统分析
非线性系统的数学模型是非线性微分方程;但至今为止 非线性微分方程没有成熟的解法;
8.2 几种典型的非线性特性
饱和特性 死区特性 间隙特性 继电器特性 变增益特性
(1)饱和特性(如运算放大器,学习效率等)
1. 对系统而言,饱和特性往往促使系统稳 定,但会减小放大系数,从而导致稳定 精度降低。 2. 饱和特性的例子是放大器,许多执行元 件也具有饱和特性。例如伺服电机。 3. 实际上,执行元件一般兼有死区和饱和 特性。
y1 ( t )
4M
sin t
理想继电特性的描述函数:
4M N ( A) 0 A
一般继电特性的描述函数:
2M mh 2 h 2 2M h N ( A) 1 ( ) 1 ( ) j ( m 1) 2 A A A A ( A h)
可能不稳定—发散、衰减等
3. 自振运动— 非线性系统特有的运动形式,产生自持振荡 4. 发生频率畸变—频率响应的复杂性 — 跳频响应,倍/分频 响应,组合振荡
非线性控制系统的分析方法
小扰动线性化
非线性系统研究方法 仿真方法
全数字仿真 半实物仿真 相平面法 描述函数法 波波夫法 反馈线性化法 微分几何方法
h 0 理想继电特性: m 1 死区继电特性: m 1 纯滞环继电特性:
4M N ( A) A
4M h N ( A) 1 A A
2
2
4M 4 Mh h N ( A) 1 j A A2 A
一般而言,描述函数 N(A)是A的函数,与频率无关 非线性环节为单/非单值函数时,N(A)是实/复数,虚部为/不为0
在小误差信号时具有较小的增益,从而提高系统的相对稳定性。 同时抑制高频低振幅噪声,提高系统响应控制信号的准确度。
第8章非线性系统分析参考答案
10 10参考答案一、 填空题1.非本质;本质2.自持振荡3.初始条件;输入信号大小 4•饱和非线性;死区非线性; 间隙非线性;继电器非线性 5.不稳定6.稳定;不稳定;半稳定 7.自左向右;自右向左 二、 分析与计算题1.求y(t)二ax 3(t)的描述函数。
解:由于y(t)二ax 3(t)是单值奇函数,所以其傅里叶级数展开式中 将x(t)二Asin • .t 代入B 1的计算公式,可得1 Bi =—丄 y(t)sin co td co t兀©2 二3 3|0 aA sin ©t sin co td cc t JO'aA 3 sin ° co td cc t 所以由于西=(2s 1)(0.4s 1),所以A o =O、A i =O 、如=0, 2aA 3 兀2aA 3 二 1-cos2 .t 2. *0( 2 )2-1 -2cos 2,t cos 2 td t2aA 3兀2aA 3 )41 +cos4ot1 —2cos2 t 2——d t )41 一 … 3 1 1( cos2 t cos4 t)d ・t 0 8 2 - 3 1 ( sin 2,t Tt 8 4 3aA 3 4兀 2aA 3 8丄 sin 4 t 32 JI 0)3N (A)=詈第 = 3aA 242 •设具有滞环继电器非线性特性的非线性系统结构如题图 试判断系统是否存在自持振荡,若存在,则求出自持振荡的幅值和频8.1 所示,已知b=1, a=0.3,(A — a)其描述函数负倒数特性为■: AN(A) 4b可见,描述函数负倒数特性的虚部为常数2. ■: aa,即1 4b (A — a)■aN(A)曲线为一条虚部为一;的直线。
题图8.1解:具有滞环的继电器非线性特性的描述函数为4b I ~N(A)二.1 -Gj J 二(2jg+1)(0.4ja+1)_10(1—2j J(1—0.4j J (1 4 -2)(10.16 .2)10(1 —2.4j. _0.8 ,2) ' 2 2~ (14 , )(1 0.16 .)210 _8豹 . 24co "(1 4.2)(1 0.16.2^j (1 4.2)(1 0.16 .2)1由以上可知,曲线与G j .)必有交点,而且交点为稳定的,因此会产生自持振荡。
自动控制原理第8章
第八章 非线性控制系统分析 y0=[0.5 1]′ c=v\y0
y1=zeros(1, length(t))
y2=zeros(1, length(t)) for k=1∶n y1=y1+c(k)*exp(p(k)*t) y2=y2+c(k)*p(k)*exp(p(k)*t)
end
plot(x1+y1′, x2+y2′, ′∶′)
end
plot(x1+y1′, x2+y2′, ′∶′)
第八章 非线性控制系统分析 y0=[-0.8 -1]′ c=v\y0
y1=zeros(1, length(t))
y2=zeros(1, length(t)) for k=1∶n y1=y1+c(k)*exp(p(k)*t) y2=y2+c(k)*p(k)*exp(p(k)*t)
第八章 非线性控制系统分析 a=[1 1 1] n=length(a)-1 p=roots(a) v=rot90(vander(p)) y0=[0 0]′ c=v\y0 y1=zeros(1, length(t)) y2=zeros(1, length(t)) for k=1∶n y1=y1+c(k)*exp(p(k)*t) y2=y2+c(k)*p(k)*exp(p(k)*t) end plot(x1+y1′, x2+y2) hnd=plot(x1+y1′, x2+y2′) set(hnd, ′linewidth′, 1.3) hold on
第八章 非线性控制系统分析 8.1.3 非线性系统的分析与设计方法 系统分析和设计的目的是通过求取系统的运动形式, 以解
决稳定性问题为中心, 对系统实施有效的控制。由于非线性系
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系统分析是开发信息系统最重要的阶段,也 是最困难的阶段。
系统分析的困难主要来自三个方面:
问题空间的理解: 系统分析员缺乏足够的对象系统的业务知识。 用户缺乏计算机方面的足够知识 人与人之间的沟通:系统分析员与用户的知识构 成不同,经历不同,使得双方的交流十分困难。 环境的变化:在系统分析阶段完全确定系统模式 是困难的。
标到各项功能的层次关系。
例:销售业务功 同管理
销售核 算管理
成品库 管理
市场 预测
销 售 历 史 资 料 管 理
编 制 年 度 销 售 大 纲
编 制 销 售 计 划
合 同 有 效 性 审 查
合 同 执 行 情 况 分 析
合 同 登 记 和 变 更
销 售 利 润 核 算
系统分析概述 系统详细调查 管理业务调查 数据流程调查 系统化分析
第一节 系统分析概述
1、信息系统分析的任务 是关于组织要用IS解决的问题的分析, 提出一个明确要做什么的逻辑方案 (1)识别原系统的问题 (2)明确信息和功能的需求 (3)改进原系统的流程 (4)提出新系统的逻辑模型
具体地讲,系统分析阶段的基本任务 是:系统分析员与用户在一起,充分了解 用户的要求,并把双方的理解用系统说明 书表达出来。
第八章
系统分析
系统分析是应用系统的思想和方法, 把复杂的对象分解成简单的组成部分, 找出这些部分的基本属性和彼此间的关 系。 系统分析是系统开发过程中最重要, 也是最困难的阶段。 结构化系统分析方法、数据流程图、 数据字典等工具是克服困难的有力武器。
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
第一步:提取四种元素
源点/终点: 采购员 库管员 数据流: 订货报表 零件编号 零件名称 ……. 事务 零件编号 事务类型 数量 处理: 产生报表 事务处理 数据存储: 定货信息 (见订货报表) 库存清单 零件编号 库存量 库存临界值
第二步,划出基本级的数据流图
事务
库管员 订货 系统
订货 报表
复合型人才
具备坚实的信息系统知识
具备管理科学知识
具有较强的系统观点和较好的逻辑分析能力。
具备较好的口头和书面表达能力、较强的组织能力、善
于与人共事。
2、系统分析的关键在于
•“理解” •“表达”
用什么样的工具描述对系统的理解
①使得用户能够看懂,能够与系统分析员共同讨论和修改 要求系统分析人员要善于挖掘出用户没有明确 表达出来的需求,要善于通过系统分析修正用户提 出的要求
②使得系统设计员和程序员能够正确理解,保证开发的系统符合用 户需求
“理解”和“表达”过程的实质是要把原来由 最终用户所进行的各项具体的管理工作纳入计算 机系统之中
第二节
现行系统详细调查
1、详细调查的对象、目的
详细调查的对象是现行系统(包括手工系统
和已采用计算机的信息系统)。
详细调查的目的在于完整掌握现行系统的
4) 外部项
为了使DFD清楚易懂,我们对加工、数据 流、文件的命名都力求简单。至于加工 的加工逻辑、数据流的数据结构等,将 在数据字典中定义。数据字典和DFD一 起来描述系统。
操作 员
外部项
操作 员
重复的外部项
3、 数据流程图的画法 数据流程图是分层次的,绘制时采用自顶 向下逐层分解的方法。 1).首先画出系统的顶层图(也叫界面图或零层图) (一个)表明信息系统与外部关系。 2).画出一层图(一个)
现状,发现问题和薄弱环节,收集资料,为下 一步的系统化分析和提出新系统的逻辑设计做
好准备。
2、 详细调查的原则
——用户参与的原则 即详细调查过程由使用部门的业务人
员、主管人员和设计部门的系统分析人员、
系统设计人员共同进行。
3、详细调查的方法:
(1)召开调查会 (2)访问
(3)发调查表
格式。
(2)弄清各环节上的处理方法和计算方法。
(3)在上述各数据的典型样品上注明制作单位、 报送单位、存放地点、发生频度、发生量、各项 数据的类型、长度、取值范围等。
(二).数据流程图DFD(Data Flow Diagram) 1.数据流程图的涵义 概念:数据流程图是一种能全面地描述信息系统逻辑 模型的主要工具,它可以用少数几种符号综合地反映 出信息在系统中的流动、处理和存储情况。 数据流程图的的主要特点: 一是抽象性;二是概括性
c二层图
绘制数据流图过程示意图
G
N L
3
M
P
图2
1
d三层图
Q G S
L
.3
…
M
R
图2.1
.2
4、 数据流程图画法举例
例一:假设一家工厂的采购部每天需要一张报 表,报表按零件编号排序,表中列出所有需要 再次订货的零件。对于每个需要再次订货的零 件,应该列出下述数据:零件编号、零件名称、 订货数量、目前价格、主要供应者、次要供应 者。零件的入库和出库成为事务,通过放在仓 库中的CRT 终端把十五报告给订货系统。当 某种零件的库存数量少于库存临界值时,就应 该再次订货。市根据一上描述画出数据流图。
2)数据流(Data Flow)
数据流由一个或一组确定的数据项组成。
“领料单’’由:领料单位名、材料名称、数量、 单价、日期等数据项组成。数据流用标名箭头表 示,箭头的指向表示数据流的流向。
对数据流符号的说明
(1. )数据流名应能直观地反映数据流的含义。如 产量日报表、汇款单、录取通知书、课程表等。也 可以用一组数据中的主要数据为数据流命名。例如 “考生成绩单’’由考生姓名、成绩、通讯地址等 数据组成,但成绩是主要的,所以可用“考生成绩” 作为数据流的名字。
许多IS用户抱怨: 系统的技术很好,但报表中没有我要的信息。 系统分析员技术很好,但不懂市场业务。 系统花去很多时间金钱,但我无法从中发现机 会
开销 50 20 10 5 2 1 0.5 0.2 0.1
不同阶段改正错误的代价
应该尽量在早期发现改正
系统分析 系统设计
编程
测试
切换
运行
在系统开发中,系统分析员起着十分重要的作用。 系统分析员的知识水平、工作能力决定了系统的成 败。
数据流图绘制举例----------------银行 取款业务流程(1)
银行取款业务流程
(1)储户将填好的取款单、存折交银行,银行做如下处理: ①审核并查对帐目,将不合格的存折、取款单退回储户,合 格的存折、取款单送取款处理。 ②处理取款修改帐目,将存折、利息单、结算清单及现金交
储户,同时将取款单存档。
取款业务流程数据流图绘制举例(1)
画出银行取款处理数据流图。
第一步,画出关联数据流图。注意,现金是实物, 不能作为数据流。
P 取款系统
S储户
F1 取 款 单 、 存 折
F2 存 折 、 利 率 单、结算清单
S储户
取款处理关联图
取款业务流程数据流图绘制举例(3)
S储户
车间
领料单 未批 领料单
审批
库长
已批 领料单
库存帐 查帐 库工 流水帐 有货 领料单 无货 领料单
登帐
库工
查阅 合同 采购员
补充 订货单 供货 单位
订货合同
某 物 资 管 理 业 务 流 程 图
入库单
催货单 办入库 手续 采购员
提货单
第四节
数据流程调查
(一)收集的资料主要包括;
(1)输入单据、输出报表和数据存储介质的典型
销 售 统 计 分 析
出 入 库 管 理
库 存 统 计
市 场 预 测
市 场 分 析
3、管理业务流程调查
业务流程图就是将业务处理过程中的每一 个步骤用一个完整的图形串起来。它描述了系 统内各单位、人员之间的业务处理过程及其之 间的关系。
业务流程图的基本符号:
业务处理部门或单位:表达了某项业务 参与的人或物 数据流动及方向:表达了业务数据的流动 方向 各类单证、报表:表明了数据的载体 数据存储或存档:作为档案来保存 业务功能描述:表明了业务处理功能,一 般用一个简单的祈使句表示
2、
数据流程图的基本符号
外部实体
数据流
数据处理
数据存储
数据流程图图符
1)加工
加工又称处理亦称变换,它是对数据流的操 作。 加工的符号由标识部分、功能描述部分和功 能执行部分组成。 标识部分用于标注加工编号。所有的加工都 必须统一编号,编号应具有唯一性。编号要 与数据字典一致。
功能描述部分用来标注加工名。为使DFD清晰 易读,加工名应简单,又能概括地说明对数 据的加工行为,其详细描述在数据字典中做 出。 功能执行部分用来做必要的说明。如该加工 由谁来执行。 顶层加工就是系统,建模时要对它逐层分解, 以展示其内部结构。
采购员
第三步 画出功能级的数据流图
1 库存清单 库存清单 事务
库管员
1
事务 处理
2
产生 报表
订货 报表
采购员
订货信息
2 订货信息
订货信息
第四步精化细化
库存清单
1
库存清单
事务
1.1
接收事务
事务
1.
库管员
2
库存 信息
1.3
处理订货
2
产生 报表
更新库存 清单
订货 报表
采购员
订货信息
订货信息
2
订货信息
第二步,逐层分解加工,画出下层DFD。
P1
F1取款单、 存折 取款审核
F1.1 合 格 存 折 、取款单
P2
F2存折、利率 单、结算清单 取款处理
S储户