外文翻譯--反饋控制動(dòng)力系統(tǒng)

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畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )外文資料翻譯 系 部： 機(jī)械工程系 專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化 姓 名： 學(xué) 號： 外文出處： 附 件： 指導(dǎo)教師評語： 選擇的翻譯材料與課題貼切，翻譯量達(dá)到了畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求，除少數(shù)地方，文意翻譯基本準(zhǔn)確，但譯文有多處病句，用詞不夠準(zhǔn)確。 簽名： 年 月 日 注： 請將該封面與附件裝訂成冊。 (用外文寫 ) 附件 1：外文資料翻譯譯文 反饋控制動(dòng)力 系統(tǒng) 關(guān)于 非線性系統(tǒng) 所有系統(tǒng) 都是 非線性 的 ，特別是 那些 如果大量 需要 審議的信號。另一方面，如果是小型信號 ， 幾乎所有的物理系統(tǒng)可以很好地近似線性模型 。例如，如果 θ 小，那 )= θ ， )=1 。同樣，在模擬電子設(shè)備，如放大器，如果信號 相對于提供 電源電壓 很小， 操作將接近 線性 。最后，我們以后 會(huì) 在這一章中 的 一節(jié) 提到。李雅普諾夫 指出 ，如果 是 近似線性系統(tǒng) ，則能 穩(wěn)定的接近平衡點(diǎn)。出于這些原因，目前 在這本書 中提出的 分析和設(shè)計(jì) 的 方法 認(rèn)為 只有日益強(qiáng)大的技術(shù) 才 可用于線性模型。但是，如果信號導(dǎo)致設(shè)備飽和，或者如果包 括非線性 在內(nèi)的 系統(tǒng)是為 那些 小信號 的 ，如某些種類的摩擦，那么，非線性效應(yīng) 則 必須考慮 去 解釋系統(tǒng) 的行為 。在這一章中， 對一部分 用于此目的的工具將加以說明。 概述 因?yàn)槊恳?種 非線性系統(tǒng)在許多方面 都 是 唯一 的， 所以有許許多多的 辦法 被用到非線性 系統(tǒng)的 控制設(shè)計(jì)。我們將描述 的那些針對非線性系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)的方法 可分為四類。 針對 減少線性模型問題的方法 在 在大多數(shù)情況下，考慮小信號 的 近似 性 是 需要 的。在某些情況下， 存在這樣一種 非線性 特性 ,就是與它相反的 可以找到， 并在 物理非線性 影響 整個(gè)線性系統(tǒng) 之前就發(fā)生逆變化 。另 一些情況，在機(jī)器人領(lǐng)域 中有 一個(gè) 叫“ 計(jì)算力矩 ”的技術(shù)，通過這技術(shù)并 巧妙使用反饋，一些非線性模型 就可以歸結(jié)成一種 精確的線性形式。 第二類是一種啟發(fā)式方法 ，該方法是基于 考慮非線性 特性能否獲得 不同的 效益 。在 線性 特性是 沒有記憶 的 ，例如，信號 很大時(shí)， 放大器就會(huì)輸出飽和 。這 是對于 放大器 的想法 ， 如果 信號 獲得很 大 時(shí)它獲得的效 益 就 開始減少。 效 益變化 時(shí) ,由于 基本 軌跡是 基于 評估系統(tǒng)特征 基礎(chǔ)的 ，這 種 觀點(diǎn)導(dǎo)致了啟發(fā)式 方法 利用 基本 軌跡來預(yù)測這種系統(tǒng)將 如何 響應(yīng)不斷變化的輸入信號的大小。那些 非線性 特性存在 動(dòng)力或記憶 的情況 ,表明基本 軌跡是沒有用的。這 些情況下 科成博格 介紹了在 1950 年被稱為描述函數(shù)的技術(shù)可以使用。如果要套用這個(gè)方法，正弦應(yīng)用于系統(tǒng)非線性部分 并且 定期反應(yīng) 的 第一諧波是 可以 計(jì)算 的 。 輸入對輸出的比率是變化的 。因此，奈奎斯特 的觀點(diǎn)是在自然領(lǐng)域中來考慮系統(tǒng)的行為。 當(dāng) 啟發(fā)式方法 對 洞察系統(tǒng) 行為 可 能起到作用的時(shí)候 ,他們 也 不能用來決定系統(tǒng)是否 保持穩(wěn)定 。為此，必須 轉(zhuǎn)向?qū)Ψ€(wěn)定性的分析 ， 就當(dāng) 研究控制理論 一樣 。這些理論 中 最著名的 就 是李雅普諾夫 提出的 內(nèi)部穩(wěn)定 性 。 在 相平面 上進(jìn)行了 描述分析， 并且 介紹了穩(wěn)定性理論。 給 出了一個(gè) 使用穩(wěn)定性 理論來 指導(dǎo)設(shè)計(jì)控制器 的例子 。 9 非線性系統(tǒng) 因此， 如果能有效地對系統(tǒng)作初始假設(shè) ,那系統(tǒng)就能保證穩(wěn)定性。通過 這些方法， 那在這條路徑上就能給 控制工程師一個(gè) 好的開頭，去 有效地理解和設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)控制問題。 介紹和動(dòng)機(jī)：為什么要研究非線性系統(tǒng)？ 有一點(diǎn)是 直觀清楚 的 ， 就是 在一定程度 的 信號強(qiáng)度 下， 任何物理系統(tǒng) 都 將 變 非線性 ，并且有 些系統(tǒng) 在任何甚至所有的信號水平下都呈現(xiàn) 非線性。另一方面，我們通過發(fā)明一些近似線性 模型 來 開始 研究 ，迄今我們所有的設(shè)計(jì)方法依據(jù)的假設(shè)是，這種方法可以通過 線性傳遞函數(shù) 來表示 。在這一章中，我們 會(huì)給出一 些理由 來 相信花費(fèi)在研究 線性技術(shù) 上 的時(shí)間 絕對 不是 在 浪費(fèi)時(shí)間，但我們也應(yīng)嘗試 去解釋一點(diǎn)：就是 了解非線性 對 控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì)有多大影響 ,而且為什么這一點(diǎn)是 非常重要的。 我們 開始指出 ，我們可以 結(jié)合基本 軌跡技術(shù)， 而這種技術(shù)是把基本 特征方程 看作 一個(gè)各種增 益的功能 ， 通過 觀察，許多非線性元素可以被看作是 一種增益過程 ,而這種增益是隨信號強(qiáng)度變化而變化的。 該方法在這一點(diǎn)上完全是啟發(fā)式，仿真結(jié)果 也 很有希望。許多載有這種記憶非線性元件 的 系統(tǒng) 的性能， 可以 通過在非線性點(diǎn)上策劃基本軌跡相對增益點(diǎn)來 預(yù)見。然而， 目前的這 種 方法， 還沒有 奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)， 并且給設(shè)計(jì)者留下了疑惑，是否有這樣的未探索的真實(shí)或信號空間區(qū)域，而這些區(qū)域里即將有災(zāi)難發(fā)生。 畢竟，該模型是一個(gè)近似，而且無論多么廣泛的仿真，它 也 不可能 做到面面俱到 。 接著基本 軌跡 的用法 ，我們 轉(zhuǎn)到基于 頻率響應(yīng) 的 方法。頻率響應(yīng)的一大優(yōu)勢 就是 ，在許多情況下，人們 可以在真實(shí)的 系統(tǒng) 上通過實(shí)驗(yàn) 獲取 轉(zhuǎn)換 功能。 通過用 最基本的方法， 把 正弦信號應(yīng)用于系統(tǒng) 并且 正弦輸出 的 振幅和相位 是可以 測量 的 。然而，噪聲和不可避免的非線性效應(yīng)引起的輸出 比 一個(gè)簡單的正弦復(fù)雜 得多 ，所以設(shè)計(jì)師提取基本組成部分，并把它當(dāng)作 全 部 。如果一個(gè)頻譜分析儀是用來計(jì)算傳遞函數(shù) 的 ,那么就會(huì) 得到相同的結(jié)果。已 做完的是 計(jì)算 那被科成博格 稱為描述函數(shù) 的東西 。從這個(gè)角度看，一個(gè)描述函數(shù)可以被界定為非線性元件， 其中 包括那些 帶 記憶 的 。同樣， 仿真是很有用的并且 許多有用的設(shè)計(jì) 都是通過 這種技術(shù) 來完成的 ，但如 果用基本軌跡方法來 設(shè)計(jì)非線性系統(tǒng)， 那這方法可能還不太穩(wěn)定 。 究竟這種情況會(huì)導(dǎo)致什么 ？唯一的可能 就 是 大膽面對事實(shí)并 直接 采用 非線性形態(tài) 。幸運(yùn)的是，一個(gè) 權(quán)威 的數(shù)學(xué) 機(jī)構(gòu)在 1892 年成立了 ,同年 李雅普諾夫 發(fā)表 了他關(guān)于動(dòng)態(tài) 穩(wěn)定性的 研究著作 。這項(xiàng) 著作于 1907 年被 翻譯成法 文，并于 1960年 被 卡爾曼和貝特蘭在 一本控制的文獻(xiàn)中重新找到 。李雅普諾夫 給出 了兩種方法 來 研究穩(wěn)定 性 。他的第一種方法，在 書中 他認(rèn)為穩(wěn)定 性是基于 線性近似， 而最關(guān)鍵 的 是需要看 我們對這種 方法的注重程度有多少 。他證明了 這個(gè)偉大 的結(jié)果，如果線性近似是嚴(yán)格穩(wěn)定 的 ， 并 讓所有基 準(zhǔn)都 在左半平面， 那么 非線性系統(tǒng)將有一個(gè)穩(wěn)定的 區(qū)域 圍繞線性近似適用 的那個(gè) 平衡點(diǎn)。此外，他還證明，如果近似線性至少有一個(gè) 基準(zhǔn) 在右半平面， 那么 非線性系統(tǒng)不 可 能在平衡 點(diǎn) 附近有任何穩(wěn)定 的區(qū)域 。 狀態(tài)空間里的穩(wěn)定區(qū)域的規(guī)模不是由線性條件來給定的 ,但已包含在用于證明的 結(jié)構(gòu)中 。 那結(jié)構(gòu)構(gòu)成了他的第二種方法。李雅普諾夫 的 第二方法是基于找到一個(gè)標(biāo)量函數(shù) 的數(shù)學(xué)等式 ， 這個(gè)函數(shù) 描述儲存在系統(tǒng) 中 的內(nèi)部能源。他證明，如果這種功能是 構(gòu)造出來的 ，如果派生的功能 在 運(yùn)動(dòng)方程 軌跡上 是否定的， 那么由 它取決于 的功能和狀態(tài) 最終將耗 盡并且這種狀態(tài) 會(huì)在平衡點(diǎn) 上停止 。具有這些特性 的 函數(shù) 就 被稱為李雅普諾夫函數(shù)。當(dāng)然，這個(gè)簡單的描述忽略了大量的復(fù)雜性，例如，有幾十個(gè)穩(wěn)定 性的 定義。但是，這個(gè)概念仍然是，如果李雅普諾夫函數(shù)可以找到，那么 它基于的 系統(tǒng)將保持穩(wěn)定。如上所述，這個(gè)理論提供了充分條件 來保持 穩(wěn)定。如果李雅普諾夫 函數(shù)沒有被 發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)師 也 不知道 是否 不存在，搜索是 否 不 充分 。大量研究 表明發(fā)現(xiàn) 李雅普諾夫函數(shù) 在 非線性系統(tǒng) 方面是特別適用的 。 李雅普諾夫的方法是基于正?；?特殊 形式 狀態(tài)下的 微分方程， 并且談到了 有關(guān)內(nèi)部穩(wěn)定。另一方面，頻率響應(yīng)方法 屬于 外部 測量 ，并 在系統(tǒng)外部響應(yīng)基礎(chǔ)上發(fā)展穩(wěn)定結(jié)果 。 有一個(gè)這樣的方法為圓周率 ，我們 也 將在這一章 介紹 。該方法可以被描述為考慮 系統(tǒng)終端能源。 如果它總是流入終端 ，那就什么也不是了 。如果是的話，可以合理地假設(shè)，所有能源最終將消失，系統(tǒng)將保持穩(wěn)定。 為了能得到嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆椒ㄗC明 ，研究人員已轉(zhuǎn)向李雅普諾夫 的 第二 方法，但結(jié)果是體現(xiàn)在外部特性，如奈奎斯特 策劃 的系統(tǒng)的線性部分， 其還 面臨 著 非線性因素。此外， 在非線性系統(tǒng)的某一類特別適用的方法和設(shè)計(jì)下， 這個(gè)工具 還 提供了 保障 ， 來 建立一個(gè)穩(wěn)固的 基礎(chǔ) 。 至于他的觀點(diǎn)應(yīng)該 很 清楚，非線性控制理論是一個(gè)龐大和復(fù)雜的主題，在這本書中我們只 能對其中個(gè)別 小 地方作 簡要介紹。然而，控制設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 是基于 這個(gè)理論的 ，設(shè)計(jì)師 越 了解 這 理論，他或她 就能 更好的理解問題的 局限 和機(jī)遇。我們希望，通過審議材料，進(jìn)一步刺激學(xué)生 去 研究這個(gè) 令人迷惑 的主題。 線性分析 對于 合適的線性模型，本節(jié) 給出了 三種減少非線性 系統(tǒng)方法。幾乎所有選定控制進(jìn)程 的 運(yùn)動(dòng)微分方程 都 是非線性 的 。另一方面， 目前 我們已經(jīng) 談到的 分析和控制設(shè)計(jì)方法 ， 比 起 非線性模型 ， 線性模型更容易。 想要用線性表示就得找到 一個(gè)線性模型， 這一點(diǎn)類似于 非線性。幸運(yùn)的是， 按 100多年前李雅普諾夫 的 證明，如果一個(gè)小信號線性模型 在 平衡 點(diǎn)附近 是有效 和 穩(wěn)定的， 那么就會(huì) 有一個(gè)內(nèi) 在 平衡 的 區(qū)域（當(dāng)然 ， 可能是?。?， 其中的非線性系統(tǒng)穩(wěn)定。因此，我們可以放心地 對它做個(gè) 線性模型 并 設(shè)計(jì)線性控制， 這樣 ，至少在平衡 點(diǎn)的 附近，我們的設(shè)計(jì)將是穩(wěn)定的。 因?yàn)?反饋控制 的 一個(gè)非常重要的作用 就 是維持平衡 點(diǎn)附近 的過程 變量，這種小信號線性模型 對于 控制設(shè)計(jì)是一種常見的出發(fā)點(diǎn)。 另一種 獲得用于 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 基礎(chǔ)的 線性模型的 方法 是 ， 使用控制 影響的一 部分 來 取消非線性條件 ，并 設(shè)計(jì)基于線性理論控制的剩余 部分 。這種 方 法 —— 線性反饋 —— 很受機(jī)器人領(lǐng)域的歡迎，它被稱為計(jì)算力矩方法。這也是一個(gè)控制飛機(jī) 的 研究課題。第 于 這個(gè)方法 做了簡短介紹 。最后，一些非線性函數(shù) 的 逆非線性可以找到 并被 放置 成 非線性 的一些 系列 ， 這樣的組合 也就成了 線性。這種方法通常用于 較小的改正 傳感器或執(zhí)行器 的 非線性特性 ，而這些 傳感器或執(zhí)行器 在使用時(shí)都會(huì)產(chǎn)生微小的變化，就 象 第 附件 2：外文原文 on ll if On be by if is )= θ )=1. in as be if to as we in in an if of a is an in if a to or if as of be to of In a of be is in a of in to of we be .2 of to a In is In an be in an In be to an by of in a in of is a on to be a .3 no an is to as if to be as is on as of to a of to a to .4 in or is a 950 as be To a is to of of is of to is as if it a is in to s be to if is to be to of as in of is of As an to of a as a in .5 in of to of a 9 o is to be if is a on to of It is at of be at On we by on be by a In we of a of we to it is to to in We by we of as a of be as a as at of be by a at of as is on a is to if is of or is an no it is to of we to on of of is in on In a is to of to be a so it as if it is if a is to a is to of a be as of to is on So is to be of is to up to on a in on of 892. 907 in a 960. of he on to on in He if is in a of he if at in of in of of in is by is in s is on of a in He if a is if of is on of of on it to at A is a Of a of of of if a be on it is be As a If a is if or if A of of s on in or on in on of is we in be as at of if it is If it is to be be a of s is in of as of of a a a a a of As be at of is a in we to a of of on of he or of It is by be to of of to a in of On we so is of a a 00 if a is an is is a be of is So we a a it at in of be a of is to a An to a as of is to of to to of on by in of it is of It is a of a at an be to be in so is is to of or in as .