控制系统/常见非线性
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在物理系统中,有一些非线性现象非常常见,被称为“常见非线性”。这些常见非线性包括滞后现象、间隙和死区。
继续以家用恒温器为例,假设您的恒温器设置为 70 度(华氏度)。炉子打开,房子升温到 70 度,然后恒温器按预期关闭了炉子。然而,管道中仍然残留大量的热量,并且来自地面通风口的热空气可能还没有完全上升到恒温器的位置。这意味着,在炉子关闭后,房子可能会继续升温,甚至达到不舒服的程度。
因此,炉子关闭,房子升温到 80 度,然后空调打开。房子的温度降至 70 度,然后空调再次关闭。然而,房子继续降温,然后变得太冷,需要再次打开炉子。
从这个例子我们可以看出,如果设计不当,开关控制器会导致很大的问题,并且会浪费大量的能量。为了避免这种情况,我们实施了**滞后现象**的概念,它是一组允许溢出输出的阈值。实施滞后现象后,我们的炉子现在在温度降至 65 度时关闭,房子缓慢升温到 75 度,不会打开空调。这是一个更可取的解决方案。
•间隙是指齿轮箱的输出轴可以旋转的角度,而输入轴不动。间隙是由于制造公差造成的;齿轮需要有一定的间隙,以避免在啮合时卡住。廉价的齿轮箱可能具有 1 度或更大的间隙,而更昂贵的精密齿轮箱几乎没有间隙。间隙通常随着齿轮级数的增加而增加。一些齿轮类型,特别是谐波传动齿轮(见第 26.1.2 节),专门设计用于接近零间隙,通常通过使用柔性元件实现。
例如:机械齿轮。
死区是一种非线性现象,在这种现象中,系统对给定的输入没有响应,直到输入达到特定水平,或者它可以指在输入超过某个限制值时输出变为零的条件。