北航自动控制原理实验

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1、成绩北京航空航天大学自动控制原理实验报告学院数学与系统科学学院专业方向系统与控制班级110923学号11091060学生姓名李健兴指导教师自动控制与测试教学实验中心自动控制与测试教学实验中心实验七非线性环节对系统动态过程的响应一、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、实验内容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图7.3(2)饱和特性，如图7.4。K=1，S=0.55自动控制与测试教学

2、实验中心图7.4(3)继电特性，如图7.5。M=1，h=0.5图7.5三、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，

3、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。四、实验设备1.HHMN-1型电子模拟机一台。2.PC机一台。3.数字式万用表一块。五、实验数据1、绘制相轨迹和动态响应曲线：（1）系统无非线性环节（2）磨擦特性，M=15自动控制与测试教学实验中心(3)饱和特性，K=1，S=0.5S=2时，(4)继电特性，M=1，h=0.55自动控制与测试教学实验中心六、结果分析2、饱和特性：饱和特性的等效增

4、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，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。4、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。5、继电特性：理想继电特性串入系统，

5、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。七、收获与体会直观感受了非线性系统的阶跃响应特性和相轨迹图，认识了摩擦、饱和、继电环节的特点，了解了各种非线性环节对系统性能的消极影响。5