文档介绍：现代控制理论
实验报告
实验课程: 现代控制理论
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专业班级: 自动化
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实验类型:■验证□综合□设计□创新实验日期: 实验成绩:
实验一典型非线性环节
1. 了解和掌握典型非线性环节的原理。
2. 用相平面法观察和分析典型非线性环节的输出特性。
实验以运算放大器为基本元件,在输入端和反馈网络中设置相应元件(稳压管、二极管、电阻和电容)
组成各种典型非线性的模拟电路,模拟电路见图 3-4-5 ~ 图 3-4-8 所示。
理想继电特性的特点是:当输入信号大于 0 时,输出 U0=+M,输入信号小于 0,输出 U0=-M。
理想继电特性如图 3-4-1 所示,模拟电路见图 3-4-5,图 3-4-1 中 M 值等于双向稳压管的稳压值。
图 3-4-1 理想继电特性图 3-4-2 理想饱和特性
注:由于流过双向稳压管的电流太小(4mA),因此实际 M 值只有 。
饱和特性的特点是:当输入信号较小时,即小于|a|时,电路将工作于线性区,其输出 U0=KUi,如输入
信号超过|a|时,电路将工作于饱和区,即非线性区,U0=M。
理想饱和特性见图 3-4-2 所示,模拟电路见图 3-4-6,图 3-4-2 中 M 值等于双向稳压管的稳压值,斜率
K 等于前一级反馈电阻值与输入电阻值之比,即: K=Rf/Ro。a 为线性宽度。
死区特性特点是:在死区内虽有输入信号,但其输出 U0=0,当输入信号大于或小于|△|时,则电路工作
于线性区,其输出 U0=KUi。死区特性如图 3-4-3 所示,模拟电路见图 3-4-7,图 3-4-3 中斜率 K 为:
Rf R2
K 死区12(V ) (V )
R0 30
式中 R2 的单位 KΩ,且 R2=R1。(实际△还应考虑二极管的压降值)
图 3-4-3 死区特性图 3-4-4 间隙特性
间隙特性的特点是:输入信号从-Ui 变化到+Ui,与从+Ui 变化到-Ui 时,输出的变化轨迹是不重叠的,
其表现在 X 轴上是△,△即为间隙。当输入信号│Ui│≤间隙△时,输出为零。当输入信号│Ui│>△,输
出随输入按特性斜率线性变化;当输入反向时,其输出则保持在方向发生变化时的输出值上,直到输入反向
变化 2△,输出才按特性斜率线性变化。
间隙特性如图 3-4-4 所示,模拟电路见图 3-4-8,图 3-4-4 图中空回的宽度△(OA)为:式中 R2 的单位
为 KΩ,(R2=R1)。
R2 Ci Rf
12(V ) (V ) 特性斜率 tgα为:tg
50 Cf R0
Ri Ci
改变 R2 和 R1 可改变空回特性的宽度;改变或( ) 值可调节特性斜率(tgα)。
R0 Cf
在实验中欲观测实验结果时,可用普通示波器,也可选用本实验机配套的虚拟示波器。
如果选用虚拟示波器,只要运行 LABACT 程序,选择自动控制菜单下的非线性系统的相平面分析下的
典型非线性环节实验项目,就会弹出虚拟示波器的界面,点击开始即可使用本实验机配套的虚拟示波器
(B3)的 CH1、CH2 测量波形。
1).测量继电特性
实验步骤: CH1、CH2 选‘X1’档!
(1)将信号发生器(B1)的幅度控制电位器中心 Y 测孔,作为系统的-5V~+5V 输入信号(Ui):
B1 单元中的电位器左边 K3 开关拨上(-5V),右边 K4 开关也拨上(+5V)。
(2)模拟电路产生的继电特性:
继电特性模拟电路见图 3-4-5。
图 3-4-5 继电特性模拟电路
①构造模拟电路:按图 3-4-5 安置短路套及测孔联线,表如下。
(a)安置短路套(b)测孔联线
模块号跨接座号 1 信号输入 B1(Y) →A3(H1)
1 A3 S1,S12 2 运放级联 A3(OUT)→A6(H1)
2 A6 S2,S6 3 A6(OUT)→CH1(送 Y 轴显示)
示波器联接
②观察模拟电路产生的继电特性:观 4 A3(H1)→CH2(送 X 轴显示) 察时要
用虚拟示波器中的 X-Y 选项
慢慢调节输入电压(即调节信号发生器 B1 单元的电位器,调节范围-5V~+5V),观测并记录示波器上的
U0~Ui 图形。
(3)函数发生器产生的继电特性
①函数发生器的波形选择为‘继电’,调