自动控制——2、为什么用微分方程来表示线性定常系统

注明:本文部分内容摘自知乎的某些问题的某些回答,由于比较庞杂,故不一一标明出处,但是会推荐一些值得大家学习的答主,说不定他的某个回答或文章就能帮到你

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在《自动控制原理》(胡寿松著第六版)这本书中的第12页,讲到了自动控制系统的分类,其中本书主要的研究的是线性定常系统,见图

自动控制——2、为什么用微分方程来表示线性定常系统_第1张图片

但第一次见到它的表达式难免产生疑问:什么是线性微分方程?为什么线性定常系统要用线性微分方程表示?

下面是几个比较容易理解且相我认为正确的回答

 

这位大神的文章都很好,感兴趣的可以搜一搜,看文章又不要钱,这里为了解决当前问题只截选了相关部分 

你们如果懒得搜,这是他的知乎主页链接https://www.zhihu.com/people/galieluo/activities

 

要研发一个成功的机电产品,在物理实体上需要解决什么问题呢?——以机器人为例(也是一个典型的机电产品),作为一个“人”,必须要解决好两个“流”的问题:一个是“信息流”,另一个是“动力流”。我们经常说的自动控制,信号处理、传感检测其实都属于“信息流”的范畴,解决的是大脑和神经的问题。

而“动力流”,则是要解决躯干和肌肉问的题。“动力流”包括动力的产生、传递和执行,产生动力(机械能)的源泉一般是发动机(engine)或者是电动机(motor),一个是由化学能转化而来,一个是由电能转化而来。传动机构主要包括各种杆系、齿轮、滚珠丝杠、轴承等部件组成,部件之间又通过旋转运动副、直线运动副等连接。执行机构典型的如机械手等。

数学上怎么解决两个“流”的事呢?——两类微分方程:一个是常微分方程(Ordinary Differential Equation)简称ODE;另一个是偏微分方程(Partial Differential Equation)简称PDE。有的童鞋可能纳闷啦?我们学的方程那么多,为啥必须是微分方程呢?——答案很简单,因为我们要研究的系统都是变化的,而变化也就意味着微分,如果一时不能理解,想一想微分的定义——函数改变量的线性主要部分。

一个典型的常微分方程长成下面这个样子:

变量只和时间 t 有关系,和空间位置没关系,换句话说,常微分方程描述的是单质点的变化规律,如:某个物体在重力作用下做自由落体运动,下落距离随时间变化的规律;火箭在发动机推动下在空间飞行,飞行的轨道等等。常微分方程一般是把研究对象当成一个质点或者刚体,研究整体的运动规律。

或者说

自动控制——2、为什么用微分方程来表示线性定常系统_第2张图片

偷个懒直接截图了,这样也方便你们找到出处 

虽然到这可能还是对微分方程一知半解,但应该对微分方程的意义有了一个大概的了解了

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