線性調節器（Linear Regulator）是用於控制線性對象的調節器，它使系統狀態和控制變數在控制過程中的給定二次型時間積分達到最小值，又稱線性最優調節器。線性調節器的反饋規律也是線性的。它與被控對象一起構成線性二次型最優調節系統。求解線性調節器的調節（反饋）規律稱為線性調節器問題，已有一套完整的設計方法。線性調節器有較大的穩定裕度、並對系統模型的誤差有較強的魯棒性，廣泛用於生產過程的控制。
基本介紹
- 中文名：線性調節器
- 外文名：Linear Regulator
特點,分類,線性電壓調節器,總述,
特點
①被控對象的狀態方程是線性的（可以是定常的或時變的）：
式中x(t)為狀態向量，u(t)為控制向量，A和B是由被控對象的結構和參數所決定的係數矩陣（見狀態空間法）。
②對控制向量u(t)無約束。③性能指標是二次型形式：
+uT(t)Ru(t)】dt
式中τ是控制作用結束時刻，s和Q是半正定對稱矩陣,R是正定對稱矩陣，上標 T表示矩陣的轉置。按照設計要求，可對這些加權矩陣作不同的選擇，以適應不同的要求。在性能指標式中，第一項是終點指標，它表示控制過程結束時被控對象偏離平衡狀態的程度；第二項是過程指標，它表示在控制過程中被控對象偏離平衡狀態的程度和各個控制變數所付出的代價。線性調節器問題可用變分法、極大值原理或動態規劃來求解。
分類
線性調節器可以分為有限時間調節器和無限時間調節器兩類。
有限時間調節器 指控制過程結束時間 τ為有限值時的線性調節器。它的調節規律的表達式為 u*(t)=-R-1BTP(t)x(t)
式中R-1為逆矩陣,而 P(t)可由求解如下形式的黎卡提矩陣微分方程來確定：
有限時間調節器作用相當於一個線性狀態反饋。其特點是不管被控對象是時變的還是定常的，調節器必定是時變的。下圖為有限時間線性調節器和整個最優調節系統的框圖。
無限時間調節器 控制作用結束時間 τ為無窮大時的線性調節器。只有在被控對象為完全能控(見能控性)的條件下，無限時間調節器才能使系統的偏離運動最終回復到原平衡狀態。這類調節器問題的性能指標中的第一項必定是零，因此常可將其刪去。無限時間調節器的調節規律的表達式是 u*(t)=－R-1BTPx(t)
式中P由求解下列黎卡提矩陣代數方程來定出： PA+ATP－PBR-1BTP+Q=0
無限時間調節器也是由線性狀態反饋構成的。與有限時間調節器不同，無限時間調節器當被控對象為定常時也一定是定常的。
線性電壓調節器
線性電壓調節器（英語：Linear regulator），又稱線性穩壓器、線性調節器，是一種元件，作用是保持電壓穩定。穩壓器的電阻會因應負載及輸入電壓的變化，以達至輸出電壓穩定不變。其動作尤如一不停自動調節阻值的可變電阻，使之與負載得出的分壓保持固定，而過程中因輸出與輸入電壓差而多出的能量則以發熱的形式消散掉。而開關式穩壓器是不停高速地在導通/斷開之間切換，使得輸出的平均值保持在所需電壓值。輸入線性穩壓器的電壓必須高於輸出電壓，好讓穩壓器內能作出降壓作用以達至輸出穩定，因此效率受限制。
線性穩壓器可以是置於電源和負載之間（串聯穩壓器），或與負載並聯（並聯穩壓器）。簡單的線性穩壓器可以只包含齊納二極體和一枚串聯電阻器；更複雜的線性穩壓器包含多個組成部分：參考電壓、誤差放大器和功率傳輸元件。由於線性穩壓器被廣泛套用，因此多被製成積體電路，但也可以固態電子器件或真空管等分立元件構成。
總述
以電晶體（或其它器件）調節流過負載的電流，負載所得的電壓就是穩壓器的輸出電壓。比較輸出電壓與穩壓器內部的參考電壓，所產生的差動信號用作控制電晶體，形成一個負反饋迴路，加上適當的補賞，輸出電壓就能調整下降至目標電壓，不受輸入電壓或負載變動影響，並保持合理地穩定。
線性穩壓器必須在輸入電壓高於輸出不少於某電壓值時輸出才能穩定至目標電壓，這個最少的電壓稱為壓降電壓、下壓降、電壓差(dropout)。例如常用的7805，作用是把輸出保持在5V，但輸入必須保持在7V以上，否則輸出就會低於目標電壓5V以下，故其壓降電壓就是7V-5V=2V。由於須有壓差的存在，線性穩壓器效率大都很低：因為其原理就是要將多於穩定電壓下負載所需的能量，在電晶體內以散發熱能的形式消耗掉。而電晶體發熱所造成的功率損失就是電流乘以電晶體兩端壓降。
這個問題在低輸出電壓的情況尤其嚴重，假若輸出要求為2V，而壓降電壓同是2V，效率就必是在2V/(2V+2V)=50%或以下，這樣低的效率，在實際套用上多不為接受。這情況下就需使用低壓差穩壓器（LDO），其壓降電壓特別低，一般都在300mV(0.3V)或以下，這種情況在微處理器的電源中常遇見。這也是為何機乎所有低輸出電壓的線性穩壓IC都是低壓差穩壓器。
開關電源可以更有效地達至相同的功能，但成本較高及有開關噪聲，在輕負載、輸出電壓較高或輸出電壓接近電源電壓的情況下，線性調節器的效率也不俗，有可能是合適的選擇。線性調節器還具有的優點是：不需要磁性器件（電感器或變壓器），磁性器件可能相對昂貴或占空間；設計更簡單，噪聲也更低。線性調節器的一些設計僅適用電晶體、二極體和電阻器，這就更容易製造到積體電路中，進一步減小它們的質量、在PCB上的占位面積和成本。
線性調節器有兩種基本形式：串聯調節器和並聯調節器。
