非线性控制系统的特点与应用条件分析

摘 要：自动控制技术作为推动现代社会发展的高新技术之一，其应用范围广泛，包含工业生产、交通事业、航空航天以及医疗器械等领域，有效改善了工业劳动环境和社会生活水平。非线性控制系统作为自动控制体系的重要构成部分，其伴随着工业生产技术需求的不断增强而迅速发展，本文即以非线性控制系统为分析对象，重点探讨了其特点和应有条件，以期促进非线性控制系统的有效应用。

关键词：自动控制；非线性控制系统；特点；应用条件

改革开放以来，我国国民经济水平飞速提高、电子计算机技术不断创新发展，自动控制技术开始兴起并逐步应用到航空探测、工程生产、机械设备研发与管理以及武器制造等多个层面，展现出不可替代的重要价值。与此同时，自动控制技术也开始向社会生活领域拓展，如生物制造、医学研究与环境管理等。线性与非线性是自动控制系统的两大核心内容，线性系统具有规律性，但社会中普遍存在的确是非线性系统，与线性系统相比，非线性系统无法满足叠加性，且具有非均衡性，其理论研究与工程实践均存在较高难度，因此，研究非线性控制系统具有重要的现实意义。

1 非线性控制系统及其特点

1.1 非线性控制系统的概念

线性控制系统主要是指系统的运动存在一定的规律且能够运用线性微分的方程或线性算子来准确描述该规律。非线性控制系统是与线性控制系统相对应的概念，即是指无法运用线性关系以描述状态变量和输出变量相对于输入变量的运动特性的控制系统。通常情况下，满足叠加原理是线性控制系统的基本属性，基于此特点，线性控制系统衍生出一系列的分析法，包含时域中的卷积、频域和复域中的传递函数方法等。与线性系统相比，非线性系统的结构缺乏规律性，同时也较为复杂，非线性控制系统无法运用简单的现线性微分方程来表示。

1.2 非线性控制系统的特点

通过与线性控制系统的相关属性做对比可知，非线性控制系统的特点主要表现在以下四个方面：第一，数学模型，即非线性控制系统无法满足叠加原理。第二，稳定性，非线性控制系统的稳定性具有较强的复杂性，同时受到多种因素的共同影响，不仅包含控制系统的结构、参数、信号输入等，更与其他初始条件相互关联。学者在进行非线性控制系统的研究时必须首先明确其具体的平衡状态。第三，系统的零输入响应，非线性控制系统的零输入响应并不同于线性控制系统，这是因为其与系统的最初状态和相关参数有关，系统的最初状态和相关参数不同，即可导致不同的不同的零输入响应形式。第四，自激振荡或极限环，正如上文所述，具体社会实践中标准的线性系统并不存在，而是普遍表现为非线性系统。由于缺乏系统性和规律性，非线性系统并不存在统一的一套解析方法。非线性控制系统在某些最初状态时可以自激振荡或极限环，若此时系統的极限环十分稳定，其振幅和频率则能够不受扰动和初始状态的影响。

2 非线性控制系统的应用条件

目前，随着我国电子计算机技术的不断发展和市场经济的持续繁荣，非线性控制系统逐步应用于诸多领域，除去普通意义上的工程建设项目，非线性控制系统也在工业生产、机器设备研发设计、生态环境监管以及其他经济领域中广泛应用。对于非线性控制系统而言，其独特的特征也可以帮助改善系统的性能和品质，如在二阶系统的反馈回路中同时加入死区特性环节和微分环节，即能够维护非线性控制系统的稳定运行。

与线性控制系统相比，非线性控制系统结构复杂，且无规律性，对其的分析研究存在较大难度，目前仍未形成统一有效的分析理论和研究工具。因此，在具体的社会实际应用领域中，非线性控制系统的使用应重点考虑以下三个方面的条件：第一，非线性控制系统是否具有较强的稳定性；第二，非线性控制系统是否已经形成自激振荡及其振幅和频率的测算方法；第三，技术人员可采取何种措施和方法以将系统的自激振荡的幅值控制在合理范围内，直至彻底消除振幅值。举例而言，若一个自激振荡的频率为ω，其能够被频率为ω1的振荡抑制，这种现象即称作为异步抑制现象，该现象已被运用于重型设备的伺服系统之中，以抑制设备因齿隙而导致的自振荡问题。

3 结语

综上所述，非线性控制系统作为现阶段广泛应用于经济管理、工业生产、技术研发与生态防治等众多领域的高新技术之一，其与线性控制系统相对应，均是我国自动化控制技术的核心构成内容。与线性控制系统相比，非线性控制系统具有数据模型、稳定性、系统的零输入响应和自激振荡或极限环等特点，结构更加复杂，这为非线性控制系统的理论分析和技术研发增加较大的难度。非线性系统是实际生活中的普遍现象，亦是不可忽视的过程，因此，研究者必须注重非线性系统的分析研究，继而明确其特点，探究出科学而有效的应用措施，增强其控制品质。

参考文献：

[1]方艳霞.非线性控制系统的控制策略研究[J].科技信息，2009，（29）.

[2]姬兴民.非线性控制系统的几何理论一研究进展情况[J].西安邮电学院学报，2008.

[3]刘吉宏.非线性控制理论在风力发电控制系统中的应用研究[D].华北电力大学（北京），2010.

作者简介：黎卫卫（1994），汉族，海南三亚人，所学专业全称：自动化，研究方向： 非线性控制系统的特点与应用条件分析。指导老师：黄强，指导老师工作单位：邵阳学院电气工程学院。

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