非线性控制系统简介

非线性控制系统是一种特殊的控制体系，其特点是状态变量和输出变量与输入变量之间的运动关系并非简单的线性关系。在这样的系统中，存在非线性元件，它们的存在可能导致系统的动态行为无法通过线性理论进行精确预测。非线性控制系统可以是基于连续变量的非线性微分方程组模型，也可以是离散变量的非线性差分方程组模型。

非线性控制系统的形成可能源于两个主要因素：首先，被控系统内部存在无法忽视的非线性因素，如测量元件的不灵敏区、伺服电压的启动电压和干摩擦等，这些都会导致系统行为的复杂性；其次，为了提升控制性能或者简化系统结构，工程师可能会有意地引入非线性元件，以实现更精确的控制。

图1展示了非线性控制系统的典型架构，其中非线性环节通过非线性函数处理输入e(t)，产生输出x(t)。在实际工程中，常见的非线性特性包括：死区特性，如传感器的不灵敏区域；饱和特性，如放大器的输出上限和伺服阀的行程限制；间隙特性，如机械装置中的齿隙和油隙；继电器特性，其开关行为是非线性的；以及变放大系数特性，即放大器输出与输入之间的关系不是恒定的。

扩展资料

状态变量和输出变量相对于输入变量的运动特性不能用线性关系描述的控制系统。