第7章非线性系统分析ppt课件.ppt

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1、第7章非线性系统分析自动控制原理工程学院电气工程系2主要内容非线性系统动态过程的特点非线性环节及其对系统结构的影响非线性特性的描述函数分析非线性系统的描述函数法改善非线性系统性能的措施及非线性特性的利用相平面法小结第7章非线性系统分析3学习重点了解非线性系统的特点，掌握非线性系统与线性系统的本质区别了解典型非线性环节的特点理解描述函数的基本概念，掌握描述函数的计算方法掌握分析非线性系统的近似方法——描述函数法，能够应用描述函数法分析非线性系统的稳定性第7章非线性系统分析工程学院电气工程系47.1非线性系统动态过程的特点1.非线性系统的定义及种类2.几种典型的非线性特性3.非线

2、性系统的稳定性4.非线性系统的运动形式5.非线性系统的自振工程学院电气工程系57.1非线性系统动态过程的特点非本质非线性能够用小偏差线性化方法进行线性化处理的非线性。本质非线性不能用小偏差线性化方法解决的非线性。1.非线性系统的定义及种类（1）定义含有非线性元件的系统，称之为非线性系统。（2）非线性系统的分类工程学院电气工程系62.几种典型的非线性特性7.1非线性系统动态过程的特点工程学院电气工程系77.1非线性系统动态过程的特点3.非线性系统的稳定性（1）非线性系统的稳定性，则除了与系统的结构、参数有关外，很重要的一点是与系统起始偏离的大小密切相连。（2）不能笼统地泛指某个

3、非线性系统稳定与否，而必须明确是在什么条件、什么范围下的稳定性。工程学院电气工程系87.1非线性系统动态过程的特点4.非线性系统的运动形式（1）非线性系统在小偏离时单调变化，大偏离时很可能就出现振荡。（2）非线性系统的动态响应不服从叠加原理。工程学院电气工程系97.1非线性系统动态过程的特点5.非线性系统的自振非线性系统的自振却在一定范围内能够长期存在，不会由于参数的一些变化而消失。工程学院电气工程系107.2非线性环节及其对系统结构的影响1.不灵敏区（死区）2.饱和3.间隙4.摩擦5.继电器工程学院电气工程系111.不灵敏区（死区）特性7.2非线性环节及其对系统结构的影响表

4、示输入表示输出△表示不灵敏区，也常称死区。工程学院电气工程系12(1)当系统前向通道中串有死区特性的元件时，最主要的影响是增大了系统的稳态误差，降低了定位精度。(2)减小了系统的开环增益，提高了系统的平稳性，减弱动态响应的振荡倾向。7.2非线性环节及其对系统结构的影响不灵敏区（死区）特性的影响工程学院电气工程系137.2非线性环节及其对系统结构的影响2.饱和特性，等效增益为常值，即线性段斜率；而，输出饱和，等效增益随输入信号的加大逐渐减小。工程学院电气工程系147.2非线性环节及其对系统结构的影响饱和特性的影响(1)饱和特性使系统开环增益下降，对动态响应的平稳性有利。(2)如

5、果饱和点过低，则在提高系统平稳性的同时，将使系统的快速性和稳态跟踪精度有所下降。(3)带饱和的控制系统，一般在大起始偏离下总是具有收敛的性质，系统最终可能稳定，最坏的情况就是自振，而不会造成愈偏愈大的不稳定状态。工程学院电气工程系157.2非线性环节及其对系统结构的影响3.回环（间隙）特性表示输入表示输出b表示间隙工程学院电气工程系16(1)降低了定位精度，增大了系统的静差。(2)使系统动态响应的振荡加剧，稳定性变坏。7.2非线性环节及其对系统结构的影响回环（间隙）特性的影响工程学院电气工程系177.2非线性环节及其对系统结构的影响4.摩擦特性摩擦力矩转速静摩擦力矩动摩擦力矩

6、工程学院电气工程系18(1)对随动系统而言，摩擦会增加静差，降低精度。(2)在复现缓慢变化的低速指令时，会造成爬行现象，大大影响系统的低速平稳性。7.2非线性环节及其对系统结构的影响摩擦特性的影响工程学院电气工程系197.2非线性环节及其对系统结构的影响改善系统跟踪过程的平稳性，采取的措施：采取良好的润滑或外加高频颤振信号的办法，以减小静、动摩擦力矩的差值。采取按干扰补偿的办法，通过引入非线性校正来抵消摩擦力矩的影响。采取增加系统阻尼的办法，以减小转速脉动，提高平稳性。工程学院电气工程系207.2非线性环节及其对系统结构的影响5.继电器特性(a)理想继电特性(b)死区继电特性

7、(c)一般的继电特性工程学院电气工程系21(1)理想继电控制系统最终多半处于自振工作状态。(2)可利用继电控制实现快速跟踪。(3)带死区的继电特性，将会增加系统的定位误差，对其他动态性能的影响，类似于死区、饱和非线性特性的综合效果。7.2非线性环节及其对系统结构的影响继电器特性的影响工程学院电气工程系227.3非线性特性的描述函数法1.基本概念2.谐波线性化3.非线性特性的描述函数4.典型非线性特性的描述函数工程学院电气工程系237.3非线性特性的描述函数法1.基本概念(1)分析非线性系统的两种工程方法