10非線性試驗(yàn)教程

1、5.10非線性實(shí)驗(yàn)5.10.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .了解非線性環(huán)節(jié)的特性。2 .掌握非線性環(huán)節(jié)的模擬結(jié)果。3 .進(jìn)一步學(xué)習(xí)用Multisim、MATLAB仿真軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中的電路進(jìn)行仿 真。5.10.2實(shí)驗(yàn)原理實(shí)際系統(tǒng)中常見(jiàn)的非線性因素有死區(qū)、飽和、間隙和摩擦等。死區(qū)又稱不靈敏區(qū)，其特性如圖5.10.1所示,它的特點(diǎn)是？蟲，輸出量y=0,當(dāng)？x 時(shí),y與x呈線性關(guān)系。圖中A是死區(qū)范圍，B tg K是死區(qū)段特性直線段的斜率。圖5.10.1死區(qū)特性具有飽和特性的元件較多，幾乎各類放大器和電磁元件都會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，飽和 特性如圖4 .10.2 所示。A圖5.10.2飽和特性間隙也是控制系統(tǒng)中產(chǎn)見(jiàn)的一種非

2、線性因素，間隙對(duì)系統(tǒng)的主要影響：一是增大 了系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，降低了控制精度，相當(dāng)于死區(qū)的影響；二是使系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的振蕩加 劇，甚至使系統(tǒng)變?yōu)椴环€(wěn)定，這一點(diǎn)可以用間隙特性在正弦信號(hào)作用下，輸出的波形圖 5.10.3來(lái)解釋。由圖可見(jiàn)，輸出在相位上落后輸入 角，這相當(dāng)于在開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中引入一 個(gè)相角滯后環(huán)節(jié)，從而使系統(tǒng)的相角裕度減小，過(guò)渡過(guò)程振蕩加劇，動(dòng)態(tài)性能變壞，甚至 造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。圖5.10.3間隙特性的輸入-輸出波形非線性摩擦對(duì)系統(tǒng)的影響，隨系統(tǒng)的具體情況而定，對(duì)隨動(dòng)系統(tǒng)特別是小功率隨 動(dòng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是一個(gè)很重要的因素，它的影響從靜態(tài)方面看，相當(dāng)于在執(zhí)行機(jī)構(gòu)中引入 死區(qū)，會(huì)增大系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，降低系統(tǒng)

3、的精度，這一點(diǎn)和死區(qū)的影響類同；對(duì)動(dòng)態(tài)性 能最主要的影響是造成系統(tǒng)低速運(yùn)動(dòng)的不平滑性 ，即當(dāng)系統(tǒng)的輸入軸作低速平穩(wěn)旋 轉(zhuǎn)時(shí)，輸出軸卻是跳動(dòng)式的跟著旋轉(zhuǎn)，在工程實(shí)際中，這種低速爬行現(xiàn)象是很有害的。5.1.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1 .繼電器非線性特性模擬電路如圖5.10.4(a所示,其輸出特性曲線如圖5.10.4(b所示。(a繼電器非線性特性模擬電路(b輸出特性曲線圖5.10.4繼電器非線性特性2 .飽和非線性特性模擬電路如圖5.10.5(a所示,其輸出特性曲線如圖5.10.5(b所 示。R2R3200kohfri SOkohm(a飽和非線性特性模擬電路(b輸出特性曲線圖5.10.5飽和非線性特性3 .10.

4、4實(shí)驗(yàn)步驟1 .測(cè)試系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)的連接(1啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，在桌面雙擊圖標(biāo)自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行軟件。(2測(cè)試計(jì)算機(jī)與實(shí)驗(yàn)箱的通信是否正常，通信正常繼續(xù)。如通信不正常查找原 因使通信正常后才可以繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。2 .繼電器非線性特性(1連接被測(cè)量典型環(huán)節(jié)的模擬電路 5.10.4所示。電品&的輸入R(S接A /D、D /A卡的D/Al輸出，電路的輸出C(S接A /D、D/A卡的A/Dl輸入。檢查無(wú)誤后接通 電源。(2鼠標(biāo)點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)課題-非線性實(shí)驗(yàn)。將彈出實(shí)驗(yàn)課題參數(shù)設(shè)置窗口。R(SR(SC(SC(SVR(S C(SV(3在參數(shù)設(shè)置窗口中設(shè)置相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)后鼠標(biāo)點(diǎn)擊確認(rèn)，等待屏幕的顯示區(qū)顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

5、(4記錄波形及數(shù)據(jù)(由實(shí)驗(yàn)報(bào)告確定。3.繼電器非線性特性(1連接被測(cè)量典型環(huán)節(jié)的模擬電路 5.10.5所示。電品&的輸入R(S接A/D、D/A 卡的D/Al輸出，電路的輸出C(S接A/D、D/A卡的A/Dl輸入。檢查無(wú)誤后接通電 源。(2鼠標(biāo)點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)課題-非線性實(shí)驗(yàn)，將彈出實(shí)驗(yàn)課題參數(shù)設(shè)置窗口。(3在參數(shù)設(shè)置窗口中設(shè)置相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)后鼠標(biāo)點(diǎn)擊確認(rèn)，等待屏幕的顯示區(qū)顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。(4記錄波形及數(shù)據(jù)(由實(shí)驗(yàn)報(bào)告確定。5.1.5仿真實(shí)驗(yàn)1. M ultisim仿真實(shí)驗(yàn)(1繼電器非線性特性仿真電路如圖5.10.6(a所示，其仿真結(jié)果如圖5.10.6(b所示。(a仿真模擬電路輸入信號(hào)輸出響應(yīng)(b

6、仿真結(jié)果 圖5.10.6繼電器非線性特性模擬仿真 (1)飽 和非線性特性仿真電路如圖5.10.7(a所示，其仿真結(jié)果如圖5.10.7(b所示。(a模擬 仿真電路輸入信號(hào)輸出響應(yīng)(b仿真結(jié)果 圖5.10.7飽和非線性特性仿真2. MATLAB 6.0 仿真實(shí)驗(yàn)啟動(dòng)MATLAB 6.0 ,進(jìn)入Simulink后新建文檔，在文檔里繪制系統(tǒng)的結(jié) 構(gòu)框圖。雙擊各 傳遞函數(shù)模塊，在出現(xiàn)的對(duì)話框內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)。點(diǎn)擊工具欄 的單下的start命令進(jìn)行仿真。雙擊示波器模塊觀察仿真結(jié)果。(1)繼電器非線性系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖5.10.8所示，仿真結(jié)果如圖5.10.9所示。u(t按鈕或simulation菜5.10.

7、8繼電器結(jié)構(gòu)圖 仿真結(jié)果：斜波輸入的斜率（slope為1,繼電器的參數(shù)設(shè)置為 switch on point: 1 output when on： 4switch off point: -1 output when off: 0輸入信號(hào)輸出響應(yīng) 圖5.10.9繼電器響 應(yīng)圖（2）飽和非線性 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖5.10.10所示，仿真結(jié)果如圖5.10.11所 示。u（t圖5.10.10飽和非線性結(jié)構(gòu)圖 仿真結(jié)果：斜波輸入的斜率（slope為1,繼 電器的參數(shù)設(shè)置為 upper limit: 4 lower limit : 1輸入信號(hào) 輸出響應(yīng) 圖5.10.11飽和 響應(yīng)圖5.1.6 5.1.6預(yù)習(xí)思考題（1）非線性系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是什么？（2）非線性系統(tǒng)常用的分析與設(shè)計(jì)方