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1、自 动 控 制 原 理实 验 报 告 册班级： 学号： 姓名： 非线性环节对系统动态过程的影响一、 实验目的 1. 了解非线性环节特性； 2. 了解非线性环节对系统动态过程的响应； 3. 学会应用描述函数法研究非线性系统的稳定性。 二、 实验原理 1. 非线性系统和线性系统存在本质差别： （1）线性系统可采用传递函数、频率特性、脉冲过渡函数等概念，同时由于线性系统的运动形式和输入幅值、初始状态无关，通常是在典型输入函数和零初始条件下进行研究。 （2）非线性系统由于叠加原理不成立，线性系统的上述方法不适用，所以常采用相平面方法和描述函数方法进行研究。 2. 实验从两方面观察非线性：相轨迹和动态响
2、应 （1）相轨迹：相平面上的点随时间变化描绘出来的曲线叫相轨迹。相平面的相坐标为C和dC，实验软件当中给出的就是在此坐标下自动描绘的相轨迹。初始条件不同，系统的运动趋势不同，所描绘的相轨迹也会有所不同。 （2）动态响应：对比有无非线性环节时系统动态响应过程。 三、 实验电路2. 非线性环节由计算机模拟产生，它们分别是： (1) 磨擦特性，如图7.3。 M=1(2) 饱和特性，如图7.4。 K=1，S=0.5 (3) 继电特性，如图7.5。 M=1， h=0.5 四、实验数据及图像绘制动态响应过程及相轨迹（1）系统无非线性环节（2）磨擦特性，M=1(3) 饱和特性，K=1，S=0.5 S=2时，
3、(4) 继电特性，M=1， h=0.5 绘制负倒描述函数曲线和G(j) 曲线，求出产生自振时的开环增益。（1）摩擦特性摩擦特性负倒描述函数与G(j)曲线没有交点，该系统不含周期运动，该非线性系统稳定。（2）饱和特性饱和特性负倒描述函数与G(j)曲线没有交点，该系统不含周期运动，该非线性系统稳定。（3）继电特性继电特性的负倒描述函数与G(j)有交点，故存在周期运动。分析知交点处为稳定的周期运动，即产生自振。算得交点处点的=1.67，此时的系统增益为K=3.07。五、结果分析 饱和特性： 饱和特性的等效增益曲线表明，饱和现象将使系统的开环增益在饱和区时下降。控制系统设计时，为使功放元件得到充分利用
4、，应注使功放级首先进入饱和；为获得较好的动态性能，应通过合适选择线性区增益和饱和电压，使系统既能获得较小的超调量，又能保证较大的开环增益，减小稳态误差。饱和区对系统闭环极点的分析过程与继电特性类同。 摩擦特性： 摩擦对系统性能的影响最主要的是造成系统低速运动的不平滑性，即当系统的输入轴作低速平稳运转时，输出轴的旋转呈现跳跃式的变化。这种低速爬行现象是由静摩擦到动摩擦的跳变产生的。 继电特性： 理想继电特性串入系统，在小偏差时开环增益大，系统的运动一般呈发散性质；而在大偏差时开环增益很小，系统具有收敛性质。故理想继电控制系统最终多半处于自持振荡工作状态。继电特性能够使被控制的执行装置在最大输入信号下工作，可以充分发挥其调节能力，故有可能利用继电特性实现快速跟踪。
