21.9
Nichtlineare Systeme finden eine überlegene Modellierung in der Zustandsraumdarstellung.
Betrachten Sie ein einfaches Pendel, das im Zustandsraum dargestellt wird, mit dem Schwerpunkt auf halber Länge. Das Gewicht und das aufgebrachte Drehmoment sind wichtige Faktoren.
Die Summierung der Drehmomente führt zu einer Differentialgleichung. Zustandsvariablen werden ausgewählt und die Zustandsgleichungen formuliert.
Um die Gleichung um den Gleichgewichtspunkt zu linearisieren, betrachten Sie die Zustandsvariablen, die um den Gleichgewichtspunkt gestört sind.
Die Taylor-Reihen-Approximation wird verwendet und gelöst, was zu linearen Zustandsgleichungen führt.
Betrachten Sie ein nichtlineares Federsystem. Formulieren Sie eine Differentialgleichung und führen Sie eine kleine Störung ein.
Diese Gleichung wird dann linearisiert. Setzt man diese ein und führt die Differenzierung durch, erhält man die linearisierte Zwischendifferentialgleichung.
Die Gleichgewichtskraft wird zur Berechnung von xo verwendet und bildet schließlich die endgültige linearisierte Differentialgleichung
.Die Zustandsvariablen werden ausgewählt, und es werden Zustands- und Ausgangsgleichungen geschrieben, die ein vollständiges Modell des Systems im Zustandsraum liefern. Schließlich werden alle Gleichungen in Vektor-Matrix-Form umgewandelt.
Nichtlineare Systeme erfordern oft anspruchsvolle Ansätze für eine genaue Modellierung und Analyse, wobei die Zustandsraumdarstellung besonders effekt…
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