10非線性試驗教程

1、5.10非線性實驗5.10.1 實驗目的1 .了解非線性環(huán)節(jié)的特性。2 .掌握非線性環(huán)節(jié)的模擬結果。3 .進一步學習用Multisim、MATLAB仿真軟件對實驗內容中的電路進行仿 真。5.10.2實驗原理實際系統(tǒng)中常見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,它的特點是？蟲，輸出量y=0,當？x 時,y與x呈線性關系。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出現飽和現象，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)中產見的一種非

2、線性因素，間隙對系統(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，相當于死區(qū)的影響；二是使系統(tǒng)過渡過程的振蕩加 劇，甚至使系統(tǒng)變?yōu)椴环€(wěn)定，這一點可以用間隙特性在正弦信號作用下，輸出的波形圖 5.10.3來解釋。由圖可見，輸出在相位上落后輸入 角，這相當于在開環(huán)系統(tǒng)中引入一 個相角滯后環(huán)節(jié)，從而使系統(tǒng)的相角裕度減小，過渡過程振蕩加劇，動態(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系統(tǒng)的影響，隨系統(tǒng)的具體情況而定，對隨動系統(tǒng)特別是小功率隨 動系統(tǒng)來說是一個很重要的因素，它的影響從靜態(tài)方面看，相當于在執(zhí)行機構中引入 死區(qū)，會增大系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，降低系統(tǒng)

3、的精度，這一點和死區(qū)的影響類同；對動態(tài)性 能最主要的影響是造成系統(tǒng)低速運動的不平滑性 ，即當系統(tǒng)的輸入軸作低速平穩(wěn)旋 轉時，輸出軸卻是跳動式的跟著旋轉，在工程實際中，這種低速爬行現象是很有害的。5.1.3實驗內容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實驗步驟1 .測試系統(tǒng)與計算機的連接(1啟動計算機，在桌面雙擊圖標自動控制實驗系統(tǒng)運行軟件。(2測試計算機與實驗箱的通信是否正常，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)進行實驗。2 .繼電器非線性特性(1連接被測量典型環(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。檢查無誤后接通 電源。(2鼠標點擊實驗課題-非線性實驗。將彈出實驗課題參數設置窗口。R(SR(SC(SC(SVR(S C(SV(3在參數設置窗口中設置相應的實驗參數后鼠標點擊確認，等待屏幕的顯示區(qū)顯示實驗結果。

5、(4記錄波形及數據(由實驗報告確定。3.繼電器非線性特性(1連接被測量典型環(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。檢查無誤后接通電 源。(2鼠標點擊實驗課題-非線性實驗，將彈出實驗課題參數設置窗口。(3在參數設置窗口中設置相應的實驗參數后鼠標點擊確認，等待屏幕的顯示區(qū)顯示實驗結果。(4記錄波形及數據(由實驗報告確定。5.1.5仿真實驗1. M ultisim仿真實驗(1繼電器非線性特性仿真電路如圖5.10.6(a所示，其仿真結果如圖5.10.6(b所示。(a仿真模擬電路輸入信號輸出響應(b

6、仿真結果 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，其仿真結果如圖5.10.7(b所示。(a模擬 仿真電路輸入信號輸出響應(b仿真結果 圖5.10.7飽和非線性特性仿真2. MATLAB 6.0 仿真實驗啟動MATLAB 6.0 ,進入Simulink后新建文檔，在文檔里繪制系統(tǒng)的結 構框圖。雙擊各 傳遞函數模塊，在出現的對話框內設置相應的參數。點擊工具欄 的單下的start命令進行仿真。雙擊示波器模塊觀察仿真結果。(1)繼電器非線性系統(tǒng)結構框圖如圖5.10.8所示，仿真結果如圖5.10.9所示。u(t按鈕或simulation菜5.10.

7、8繼電器結構圖 仿真結果：斜波輸入的斜率（slope為1,繼電器的參數設置為 switch on point: 1 output when on： 4switch off point: -1 output when off: 0輸入信號輸出響應 圖5.10.9繼電器響 應圖（2）飽和非線性 系統(tǒng)結構框圖如圖5.10.10所示，仿真結果如圖5.10.11所 示。u（t圖5.10.10飽和非線性結構圖 仿真結果：斜波輸入的斜率（slope為1,繼 電器的參數設置為 upper limit: 4 lower limit : 1輸入信號 輸出響應 圖5.10.11飽和 響應圖5.1.6 5.1.6預習思考題（1）非線性系統(tǒng)的主要特點是什么？（2）非線性系統(tǒng)常用的分析與設計方