实验八典型非线性环节静态特性检验
自动控制原理实验指导书
⾃动控制原理实验指导书⽬录第⼀章⾃动控制原理实验 (1)实验⼀典型环节模拟⽅法及动态特性 (1)实验⼆典型⼆阶系统的动态特性 (4)实验三典型调节规律的模拟电路设计及动态特性测试 (6)实验四调节系统的稳态误差分析 (8)实验五三阶系统模拟电路设计及动态特性和稳定性分析 (11)实验六单回路系统中的PI调节器参数改变对系统稳定性影响 (13)实验七典型⾮线性环节的模拟⽅法 (15)实验⼋线性系统的相平⾯分析 (17)第⼆章控制理论实验箱及DS3042M（40M）⽰波器简介 (19)第⼀节⾃动控制理论实验箱的简介 (19)第⼆节数字存储⽰波器简介 (20)第⼀章⾃动控制原理实验实验⼀典型环节模拟⽅法及动态特性⼀、实验⽬的1、掌握⽐例、积分、实际微分及惯性环节的模拟⽅法。
2、通过实验熟悉各种典型环节的传递函数和动态特性。
⼆、实验设备及器材配置1、⾃动控制理论实验系统。
2、数字存储⽰波器。
3、数字万⽤表。
4、各种长度联接导线。
三、实验内容分别模拟⽐例环节、积分环节、实际微分环节、惯性环节，输⼊阶跃信号，观察变化情况。
1、⽐例环节实验模拟电路见图1-1所⽰传递函数：K R R V V I -=-=120阶跃输⼊信号：2V实验参数：（1） R 1=100K R 2=100K（2） R 1=100K R 2=200K2、积分环节实验模拟电路见图1-2所⽰传递函数：ST V V I I O 1-= ，其中T I阶跃输⼊信号：2V 实验参数：（1） R=100K C=1µf（2） R=100K C=2µf 3、实际微分环节实验模拟电路见图1-3所⽰传递函数：K ST S T V V D D I O +-=1 其中 T D =R 1C K=12R R 阶跃输⼊信号：2V实验参数：（1） R 1=100K R 2=100K （2）R 1=100K R 2=200K C=1µf4、惯性环节实验模拟电路见图1-4所⽰传递函数：1+-=TS K V V I O 其中 T=R 2C K=12R R 阶跃输⼊：2V 实验参数：（1） R 1=100K R 2=100K C=1µf（2） R=100K R 2=100K C=2µfR四、实验步骤1、熟悉实验设备并在实验设备上分别联接各种典型环节。
自动控制原理实验指导书(终稿)
自动控制原理实验指导书施金鸿编孙炳达审核广东技术师范学院自动化系前言本书是根据高等学校电气工程及其自动化、测控技术等专业“自动控制原理”教学大纲要求，并结合我院具体情况而编写的。
自动控制原理实验是自动控制原理课程的重要组成部分，是该门课程的辅助教材。
由于理论教材中各电路原理已阐述详尽，故在实验教材中主要侧重介绍实验方法，通过实验使学生能运用所学理论知识来分析研究实验中所出现的问题，得出相应的结论，从而培养学生具备分析问题和解决问题的能力。
通过实验这个重要的实践环节来验证所学理论，使学生掌握实验的基本技能和方法，培养学生严肃认真和实事求是的科学作风。
本书由广东技术师范学院自动化系施金鸿编孙炳达审核。
限于编者的水平和经验，疏漏及错误之处在所难免，欢迎读者批评指正。
编者2006年6月目录前言实验一控制系统典型环节的模拟实验 (3)实验二线性定常系统的瞬态响应和稳定性分析 (10)实验三自动控制系统的校正 (17)实验四控制系统的频率特性 (21)实验五典型非线性环节静特性的测试 (25)实验六非线性系统的描述函数分析法 (30)实验七采样控制系统的分析 (34)实验八采样控制系统的动态校正 (39)实验九控制系统极点的任意配置 (42)附录：TKKL-4型控制理论/计算机控制技术实验箱使用说明 (46)实验一控制系统典型环节的模拟实验一、实验目的1、掌握控制系统中各典型环节的电路模拟及其参数的测定方法。
2、测量典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对环节输出性能的影响。
二、实验原理1、对表1-1所示各典型环节的传递函数设计相应的模拟电路(参见表1-2)表1-1：典型环节的方块图及传递函数表1-2：典型环节的模拟电路图2、测试各典型环节在单位阶跃信号作用下的输出响应。
3、改变各典型环节的相关参数，观测对输出响应的影响。
三、实验设备1、TKKL-4型控制理论实验箱 1台2、双踪示波器 1台3、数字万用表 1块四、实验内容及步骤1、观测比例、积分、比例积分、比例微分和惯性环节的阶跃响应曲线。
非线性环节实验报告
非线性环节实验报告引言非线性系统在现实生活中的广泛应用引起了研究者们的极大关注。
非线性环节作为其中的重要组成部分，对系统的稳定性和性能起着至关重要的作用。
本实验通过建立一个非线性环节的模型，探究其对系统行为的影响，并分析非线性环节的性能和稳定性特性。
实验目的1. 建立一个非线性环节的数学模型；2. 分析非线性环节对系统行为的影响；3. 考察非线性环节的性能和稳定性特性。
实验原理非线性环节是指输入与输出之间不满足线性关系的部分。
在控制系统中，非线性环节可能会导致系统产生不确定性和非稳定的行为。
为了研究非线性环节的特性，本实验使用了一个常见的非线性函数作为实验模型，即sigmoid函数。
Sigmoid函数定义如下：f(x) = \frac{1}{{1+e^{-ax}}}其中，x代表输入，a代表一个可调节的参数，f(x)代表经过非线性环节后的输出。
实验步骤1. 首先，我们需要选择合适的参数a值来控制sigmoid函数的形状。
较小的a 值将导致sigmoid函数的输出变化更缓慢，而较大的a值则会使函数的曲线更陡峭。
本次实验选择a=2作为sigmoid函数的参数。
2. 在Matlab或Python等工具中编写代码，根据sigmoid函数的表达式计算输入x对应的输出f(x)。
3. 绘制x与f(x)之间的关系曲线，观察并分析非线性环节对系统行为的影响。
实验结果根据实验步骤所给出的sigmoid函数表达式和参数，我们得到了如下结果：import numpy as npdef sigmoid(x, a):return 1 / (1 + np.exp(-a * x))x = np.linspace(-10, 10, 100)a = 2y = sigmoid(x, a)import matplotlib.pyplot as pltplt.plot(x, y)plt.xlabel('Input (x)')plt.ylabel('Output (f(x))')plt.title('Nonlinear Link Function')plt.grid(True)plt.show()如上所示的代码及其运行结果，绘制了sigmoid函数的输入和输出之间的关系曲线。
新版自动控制理论实验课程教学大纲.答案
《自动控制理论》实验教学大纲课程名称：自动控制理论课程性质：非独立设课使用教材：自编课程编号：面向专业：自动化课程学分：考核方法：成绩是考核学习效果的重要手段，实验成绩按学生的实验态度，独立动手能力和实验报告综合评定，以20%的比例计入本门课程的总成绩。
实验课总成绩由平时成绩（20%）、实验理论考试成绩（40%）、实验操作考试成绩（40%）三部分组成，满分为100分。
实验理论考试内容包含实验原理、实验操作方法、实验现象解析、实验结果评价、实验方案设计等。
考试题型以填空、判断、选择、问答为主，同时可结合课程特点设计其他题型。
实验操作考试根据课程特点设计若干个考试内容，由学生抽签定题。
平时成绩考核满分为20分，平时成绩= 平时各次实验得分总和÷实验次数（≤20分）。
每次实验得分计算办法为：实验报告满分10分（其中未交实验报告或不合格者0分，合格6分，良好8分，优秀10分）；实验操作满分10分（其中旷课或不合格者0分，合格6分，良好8分，优秀10分）。
撰写人：任鸟飞审核人：胡皓课程简介：自动控制理论是电气工程及其自动化专业最主要的专业基础必修课。
通过本课程的各个教学环节的实践，要求学生能熟练利用模拟电路搭建需要的控制系统、熟练使用虚拟示波器测试系统的各项性能指标，并能根据性能指标的变化分析参数对系统的影响。
实验过程中要求学生熟悉自动控制理论中相关的知识点，可以在教师预设的实验前提下自己设计实验方案，完成实验任务。
教学大纲要求总学时80，其中理论教学68学时、实验12学时，实验个数6个。
9采样控制系统的分析√4选做10采样控制系统的动态校正√4选做合计实验一典型环节的电路模拟一、实验类型：综合性实验二、实验目的：1.熟悉THBCC-1型实验平台及“THBCC-1”软件的使用；2.熟悉各典型环节的阶跃响应特性及其电路模拟；3.测量各典型环节的阶跃响应曲线，并了解参数变化对其动态特性的影响。
三、实验内容与要求：1.设计并组建各典型环节的模拟电路；2.测量各典型环节的阶跃响应，并研究参数变化对其输出响应的影响；3.画出各典型环节的实验电路图，并注明参数。
非线性实验报告
非线性系统的相平面分析----典型非线性环节一．实验目的1．了解和掌握各种典型非线性环节的数学表达式。
2．用相平面法观察和分析分别由模拟电路和函数发生器产生的典型非线性环节的输出特性。
二．实验原理及说明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 a~ 图3-4-8a 所示。
本实验箱在函数发生器（B5单位）中，还堤供用CPU 做成的典型理想非线性模块，其特性参数可由用户自行设定，它将更方便进行以后的非线性控制系统实验。
1．继电特性理想继电特性的特点是：当输入信号大于0时，输出U 0=+M ，输入信号小于0，输出U 0=-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，由于流过双向稳压管的电流太小（4mA ），因此实际M 值只有3.7V 。
图3-4-1理想继电特性图3-4-2 理想饱和特性2．饱和特性饱和特性的特点是：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U 0=KU i ，如输入信号超过|a|时，电路将工作于饱和区，即非线性区，U 0=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=R f /Ro 。
a 为线性宽度。
3．死区特性死区特性特点是：在死区内虽有输入信号，但其输出U 0=0，当输入信号大于或小于|△|时，则电路工作于线性区，其输出U 0=KU i 。
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：0R R K f =死区)(4.0)(123022V R V R =⨯=∆ 式中R 2的单位K Ω，且R 2=R 1。
（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4．间隙特性间隙特性的特点是：输入信号从-U i 变化到+U i ，与从+U i 变化到-U i 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。
典型非线性及采样环节的模拟实验
一、实验目的 熟悉典型非线性环节的模拟电路。 掌握非线性特性及其测量方法 二、实验设备和仪器 DJK01——电源控制屏 DJK15——控制理论实验挂箱 TDS2002数字存储示波器 EDM-168A数字万用表
三、实验线路及原理
下图为非线性环节特性的测量接线图。信号发生器 的输出同时接到非线性环节的输入端和示波器的X 轴，非线性环节的输出接至示波器的Y轴。X轴选 择开关置于停止扫描位置，（即XY工作方式）这 样在示波器上就能显示出相应的非线性特性。要测 试的非线性特性有下列五种。
信号的采样与恢复实验
一、实验目的 1. 掌握连续信号的采样和恢复的实验电路。 2. 通过本实验，加深学生对采样定理的理解。 二、实验设备和仪器 DJK01——电源控制屏 DJK15——控制理论实验挂箱 TDS2002数字存储示波器 EDM-168A数字万用表
三、实验线路及原理 1. 信号的采样
采样器的作用是把连续信号变为脉冲或数字序列。下图给出 了一个连续信号f(t)经采样器采样后变为离散信号的过程。 图中 f(t) 为被采样的连续信号， δ(t)为周期性窄脉冲信号，
或近似地表示为:
R式中T为采样周期。 可近似地右图的R-C 网络来实现。C
实现零阶保持器的R-C网络
四、实验内容及步骤
1 、连续信号f(t) 取频率为400Hz的正弦波,采样信号选用 fS< fB; fS =2 fB; fS=4 fB，对连续信号f(t) 进行采样,用示 波器观察并记录上述三种情况下离散化的fs(t)波型. fB 为连续信号f(t) 的频率.）， 观察并记录恢复后的信号 波形,并分析信号的恢复和失真情况.
fs(t)为采样后的离散信号， 它用下式来表征: fs(t)= f(t) δ(t)
自控原理实验8
实验八典型非线性环节的静态特性一、实验目的1. 了解典型非线性环节输出—输入的静态特性及其相关的特征参数；2. 掌握典型非线性环节用模拟电路实现的方法。
二、实验内容1. 继电器型非线性环节静特性的电路模拟；2. 饱和型非线性环节静特性的电路模拟；3. 具有死区特性非线性环节静特性的电路模拟；4. 具有间隙特性非线性环节静特性的电路模拟。
三、实验原理控制系统中的非线性环节有很多种，最常见的有饱和特性、死区特性、继电器特性和间隙特性。
基于这些特性对系统的影响是各不相同的，因而了解它们输出－输入的静态特性将有助于对非线性系统的分析研究。
1. 继电型非线性环节图7-1为继电器型非线性特性的模拟电路和静态特性。
图8-1 继电器型非线性环节模拟电路及其静态特性继电器特性参数M是由双向稳压管的稳压值(4.9～6V)和后级运放的放大倍数(R X/R1)决定的，调节可变电位器R X的阻值，就能很方便的改变M值的大小。
输入u i信号用正弦信号或周期性的斜坡信号（频率一般均小于10Hz）作为测试信号。
实验时，用示波器的X-Y显示模式进行观测。
2. 饱和型非线性环节图7-2为饱和型非线性环节的模拟电路及其静态特性。
图8-2 饱和型非线性环节模拟电路及其静态特性图中饱和型非线性特性的饱和值M等于稳压管的稳压值(4.9～6V)与后一级放大倍数的乘积。
线性部分斜率k等于两级运放增益之积。
在实验时若改变前一级运放中电位器的阻值可改变k 值的大小，而改变后一级运放中电位器的阻值则可同时改变M 和k 值的大小。
实验时，可以用周期性的斜坡或正弦信号作为测试信号，注意信号频率的选择应足够低（一般小于10Hz ）。
实验时，用示波器的X-Y 显示模式进行观测。
3. 具有死区特性的非线性环节图7-3为死区特性非线性环节的模拟电路及其静态特性。
图8-3 死区特性非线性环节的模拟电路及其静态特性图中后一运放为反相器。
由图中输入端的限幅电路可知，当二极管D 1（或D 2）导通时的临界电压U io 为E 1E R R u 21io αα-±=±=(在临界状态时:E R R R u R R R 2110i 212+±=+) (7-1)其中，211R R R +=α。
非线性实验报告
非线性实验报告非线性实验报告摘要：本实验旨在研究非线性系统的特性，并通过实验验证非线性系统的存在和影响。
实验过程中，我们采用了不同的实验方法和工具，包括数学模型、实验仪器和数据分析软件。
通过实验结果的分析和对比，我们得出了一些关于非线性系统的结论，并对实验中可能存在的误差和限制进行了讨论。
引言：非线性系统是指其输入与输出之间的关系不符合线性关系的系统。
在现实世界中，非线性系统无处不在，如生物系统、电子电路、经济系统等。
了解和研究非线性系统的特性对于我们理解和应用这些系统具有重要意义。
本实验旨在通过实际操作和数据分析，探索非线性系统的行为和特性。
实验方法：我们选择了一种简单的非线性系统作为研究对象，即二次函数。
通过调整二次函数的系数和参数，我们可以观察到不同的非线性行为。
在实验中，我们使用了一台计算机和数据采集卡作为实验仪器，利用数学建模和数据分析软件进行数据处理。
实验步骤：1. 设计二次函数模型：我们首先根据实验要求设计了一个二次函数模型，包括系数和参数的选择。
这个模型可以模拟实际系统中的非线性行为。
2. 数据采集：我们通过计算机和数据采集卡采集了一系列输入和输出数据。
输入数据是实验中施加在系统上的不同信号，输出数据是系统对这些信号的响应。
3. 数据处理和分析：我们使用数据分析软件对采集到的数据进行处理和分析。
首先，我们绘制了输入-输出曲线，以观察系统的非线性特性。
然后，我们对数据进行了拟合和回归分析，以确定二次函数的系数和参数。
实验结果：通过实验和数据分析，我们得到了以下结果：1. 非线性特性的存在：我们观察到系统的输入-输出曲线不是一条直线，而是呈现出弯曲的形状。
这表明系统存在非线性特性。
2. 参数对系统行为的影响：我们发现，调整二次函数的系数和参数可以改变系统的响应。
例如，增加二次项的系数可以使曲线更加陡峭，而增加线性项的系数可以使曲线更加平缓。
3. 非线性现象的局限性：我们也观察到，在一定范围内，系统的响应是线性的。
自动控制原理实验指导书
目录第一部分使用说明书 (1)第一章系统概述 (1)第二章硬件的组成及使用 (2)第二部分实验指导书 (5)第一章控制理论实验 (5)实验一典型环节的电路模拟 (5)实验二二阶系统的瞬态响应 (11)实验三高阶系统的瞬态响应和稳定性分析 (14)实验五典型环节和系统频率特性的测量 (16)实验七典型非线性环节的静态特性 (21)实验十三采样控制系统的分析 (26)附录上位机软件使用流程 (29)第一部分使用说明书第一章系统概述“THKKL-6”型控制理论及计算机控制技术实验箱是我公司结合教学和实践的需要而进行精心设计的实验系统。
适用于高校的控制原理、计算机控制技术等课程的实验教学。
该实验箱具有实验功能全、资源丰富、使用灵活、接线可靠、操作快捷、维护简单等优点。
实验箱的硬件部分主要由直流稳压电源、低频信号发生器、阶跃信号发生器、交/直流数字电压表、电阻测量单元、示波器接口、CPU（51单片机）模块、单片机接口、步进电机单元、直流电机单元、温度控制单元、通用单元电路、电位器组等单元组成。
数据采集部分采用USB2.0接口，它可直接插在IBM-PC/AT 或与之兼容的计算机USB通讯口上，有4路单端A/D模拟量输入，转换精度为12位；2路D/A模拟量输出，转换精度为12位；上位机软件则集中了虚拟示波器、信号发生器、Bode图等多种功能于一体。
在实验设计上，控制理论既有模拟部分的实验，又有离散部分实验；既有经典控制理论实验，又有现代控制理论实验；计算机控制系统除了常规的实验外，还增加了当前工业上应用广泛、效果卓著的模糊控制、神经元控制、二次型最优控制等实验；第二章硬件的组成及使用一、直流稳压电源直流稳压电源主要用于给实验箱提供电源。
有+5V/0.5A、±15V/0.5A及+24V/2.0A四路，每路均有短路保护自恢复功能。
它们的开关分别由相关的钮子开关控制，并由相应发光二极管指示。
其中+24V主要用于温度控制单元。
概述与非线性环节继电特性
跳跃谐振及多值响应 倍频振荡与分频振荡 组合振荡(混沌) 频率捕捉
上海大学 自动化系 邹斌
第八章 非线性控制系统分析——概述与非线性环节
小扰动线性化处理
非线性系统研究 方法
相平面法-----用于二阶非线性系 统运动分析
描述函数法-----用于非线性系统 的稳定性研究及自振分析。
仿真研究---利用模拟机，数字 机进行仿真实验研究。
§7.1概述
§7.1.1 非线性现象的普遍性
非线性是宇宙间的普遍规律 非线性系统的运动形式多样，种类繁多 线性系统只是在特定条件下的近似描述
§7.1.2 典型非线性特性 （演示）
上海大学 自动化系 邹斌
第八章 非线性控制系统分析——概述与非线性环节
死区特性
输出
（不灵敏区特性）
输入
y(t)
0
kx(t)
a
sgn
x(t)
x(t) a x(t) a
特征：当输入信号在零位附近变化时，系统没有输出。当输 入信号大于某一数值时才有输出，且与输入呈线性关。
各类液压阀的正重叠量； 系统的库伦摩擦； 测量变送装置的不灵敏区； 调节器和执行机构的死区； 弹簧预紧力； 等等。
上海大学 自动化系 邹斌
第八章 非线性控制系统分析——概述与非线性环节
滞环特性
输出
铁磁部件的元件
输入
电液伺服阀中的力矩马达
输出
非单值非线性
输入
上海大学 自动化系 邹斌
第八章 非线性控制系统分析——概述与非线性环节
间隙
间隙宽度有死区的特点----使 ess
相当于一个延迟时间 τ 的延迟环节 , % 振荡性
上海大学 自动化系 邹斌
实验八 非线性控制系统分析
实验八非线性控制系统分析【实验目的】1.掌握二阶系统的奇点在不同平衡点的性质。
2.运用Simulink构造非线性系统结构图。
3.利用Matlab绘制负倒描述函数曲线，运用非线性系统稳定判据进行稳定性分析，同时分析交点处系统的运动状态，确定自振点。
【实验原理】1.相平面分析法相平面法是用图解法求解一般二阶非线性系统的精确方法。
它不仅能给出系统稳定性信息和时间特性信息，还能给出系统运动轨迹的清晰图像。
设描述二阶系统自由运动的线性微分方程为分别取和为相平面的横坐标与纵坐标，并将上列方程改写成上式代表描述二阶系统自由运动的相轨迹各点处的斜率。
从式中看出在及，即坐标原点(0,0)处的斜率。
这说明，相轨迹的斜率不能由该点的坐标值单值的确定，相平面上的这类点成为奇点。
无阻尼运动形式()对应的奇点是中心点；欠阻尼运动形式()对应的奇点是稳定焦点；过阻尼运动形式()对应的奇点是稳定节点；负阻尼运动形式()对应的奇点是不稳定焦点；负阻尼运动形式()对应的奇点是不稳定节点；描述的二阶系统的奇点(0,0)称为鞍点，代表不稳定的平衡状态。
2.描述函数法设非线性系统经过变换和归化，可表示为非线性部分与线性部分相串联的典型反馈结构如图所示。
从图中可写出非线性系统经谐波线性化处理线性化系统的闭环频率响应为由上式求得图中所示非线性系统特征方程为，还可写成其中称为非线性特性的负倒描述函数。
若有使上式成立，便有或，对应着一个正弦周期运动。
若系统扰动后，上述周期运动经过一段时间，振幅仍能恢复为，则具有这种性质的周期运动，称为自激振荡。
可见自激振荡就是一种振幅能自动恢复的周期运动。
周期运动解 可由特征方程式求得，亦可通过图解法获得。
由等式在复数平面上分别绘制曲线和曲线。
两曲线的交点对应的参数即为周期运动解。
有几个交点就有几个周期运动解。
至于该解是否对应着自激振荡状态，取决于非线性系统稳定性分析。
【实验内容】 1. 相平面分析法（1）二阶线性系统相平面分析不同奇点的性质 例8-1 设一个二阶对象模型为 222()2nn nG s s s ωξωω=++绘制2,n ωζ=分别为0.5、-0.5、1. 25、0时系统的相平面图及24()4G s s =-的相平面图。
非线性静态分析
1 3
2
15 分析及结果工作目录树 >> Nonlinear : 非线性静态>> INCR=20 (LOAD=1.000)
操作步骤
1. 鼠标右键，在弹出窗口选 择导入分析结果.
2. 选择[应力] . 3. 选择[实体单元Von mises
应力. 4. 点击[确认]. 5.增量步为20的应力.
操作步骤
1. 输入: “Nonlinear” . 2. 输入以下数据
项目 0
0.0001357 0.0025 0.01 0.1 1
内容 0
95 (N/mm²) 100 (N/mm²) 110 (N/mm²) 120 (N/mm²) 130 (N/mm²)
3. 点击[确认]. 4. 选择: “Nonlinear” . 5. 点击[确认]. 6. 点击[关闭].
操作步骤
1. 点击[执行] 2. 另存为文件名: “Spring” . 3. 点击[保存(S)]..
1
2 3
14 分析及结果工作目录树 >> Nonlinear : 非线性静态>> INCR=20 (LOAD=1.000)
操作步骤
1. 点击[ ] (轴侧图1) . 2. 一般>> 变形 >> 点击
1 2
3
6
4 5
08 网格 >> 属性 >> 特性
操作步骤
1. 创建 >> 3D 2. 点击[实体] . 3. 输入以下内容
号
1
名称
Solid
材料
2: Alu
4. 点击[确认] 5
09 静态/热 分析 >> 边界条件 >> 约束条件
自动控制技术
7.1 典型非线性环节静态特性测试
1. 实验目的 （1）掌握典型非线性环节的模拟电路，学会运用模拟电 子组件设计非线性环节。
（2）加深理解典型非线性环节的输出特性。 2. 实验内容 （1）设计继电特性的模拟电路，观测其输出特性曲线。
Ur 100kΩ
D/A1
U验教程
2020/12/16
4. 实验能力要求
（1）熟练运用Simulink构造非线性系统结构图。 （2）掌握利用XY Graph模块绘制系统相平面图，找出和 的信号节点。 （3）了解非线性环节对线性系统的影响。 （4）理解速度反馈改善非线性系统性能的作用。
自动控制原理实验教程
2020/12/16
为当前图形。
G(s) 10
【范例7-1】已知二阶系统
s2 2s 10
输入信号为r(t) = 1(t)，绘制系统的相平面图。
自动控制原理实验教程
2020/12/16
（2）二阶系统相平面分析不同奇点的性质 1）欠阻尼系统（0< <1）有稳定焦点
相平面图上的相轨迹为对数螺旋线，并收敛于奇点（0， 0），这个奇点为稳定焦点。
的等号两端分解为实部和虚部（或模和相角）。
令两端实部和虚部相等，即可求出自振参数和。
自动控制原理实验教程
2020/12/16
3. 实验内容
已知带有死区继电特性的系统，且死区继电特
性的参数M = 1.7, h = 0.7，线性部分的传递函
数为
G0 (s)
s(0.01s
460 1)(0.0025
s
1)
自动控制原理实验教程
2020/12/16
观察无速度反馈的继电型非线性系统单位阶跃响应曲线，
测试系统静态特性校准实验报告
实验一测试系统静态特性校准一.实验目的1.1 掌握压力传感器的原理1.2掌握压力测量系统的组成1.3掌握压力传感器静态校准实验和静态校准数据处理的一般方法二.实验设备本实验系统由活塞式压力计，硅压阻式压力传感器，信号调理电路，5位半数字电压表，直流稳压电源和采样电阻组成。
图1-1实验系统方框图如下：实验设备型号及精度三.实验原理在实验中，活塞式压力计作为基准器，为压力传感器提供标准压力0~0.6%Mpa信号调理器为压力传感器提供恒电源，将压力传感器输出的电压信号放大并转换为电流信号。
信号处理器输出为二线制,4~20mA信号电源在250 采样电阻上转换为1~5V电压信号，由5位半数字电压表读出。
四.实验操作4.1操作步骤（1）用调整螺钉和水平仪将活塞压力计调至水平。
（2）核对砝码重量及个数，注意轻拿轻放。
（3）将活塞压力计的油杯针阀打开，逆时针转动手轮向手摇泵内抽油，抽满后，将油杯针阀关闭。
严禁未开油杯针阀时，用手轮抽油，以防破坏传感器。
（4）加载砝码至满量程，转动手轮使测量杆标记对齐，再卸压。
反复1-2次，以消除压力传感器内部的迟滞。
（5）卸压后，重复（3）并在油杯关闭前记录传感器的零点输出电压，记为正行程零点。
（6）按0.05Mpa的间隔，逐级给传感器加载至满量程，每加载一次，转动手轮使测量杆上的标记对齐，在电压表上读出每次加载的电压值。
（7）加压至满量程后，用手指轻轻按一下砝码中心点，施加一小扰动，稍后记录该电压值，记为反行程的满量程值。
此后逐级卸载，并在电压表读出相应的电压值。
（8）卸载完毕，将油杯针阀打开，记录反行程零点，一次循环测量结束。
（9）稍停1~2分钟，开始第二次循环，从（5）开始操作，共进行5次循环。
4.2 注意事项保持砝码干燥，轻拿轻放，防止摔碰。
轻旋手轮和针阀，防止用力过猛。
正、反行程中，要求保证压力的单调性，如遇压力不足或压力超值，应重新进行循环。
当活塞压力计测量系统的活塞升起是，请注意杆的标记线与两侧固定支架上的标记对齐,同时，用手轻轻旋动托盘，以保持约30转/分的旋转速度，用此消除静摩擦，此后方可进行读数。
测试装置的静态特性
测试装置的静态特性
抱负的静态量的测试装置，其输出应单调、线性比例于输入，输出对输入的微分是常数。
静态特性主要以灵敏度、非线性度和回程误差为表征。
灵敏度：灵敏度S是装置的静态特性的一个基本参数。
S=ΔY/ΔX，输出的变化量和输入的变化量之比。
非线性装置的灵敏度就是该装置特性曲线的斜率，线性装置的灵敏度为常量。
灵敏度不肯定有单位,没有单位时称”放大倍数”,电测仪器中电子元件参数的变化或机械部件尺寸和材料特性的变化引起的灵敏度的变化,称为”灵敏度漂移”。
一般,灵敏度越高,测量范围越窄、稳定性也越差。
线性度：定度曲线偏离其拟合直线的程度就是非，是二线的最大偏差B与全量程A的比值，即，线性误差=（B/A）·100%
回程误差：也称滞后或变差。
对于同一个输入量，所得到的两个数值不同的输出量之间的差值中的最大者，称为回程误差，或滞后量。
一般由滞后现象引起（磁滞、受力变形），也可能反映着仪器的不工作区（死区）（输入变化对输出无影响的范围）的存在。
稳定度与漂移：零漂表示测量装置在零输入状态下，输出值的漂移。
分为时间零漂和温度漂移。
重复性：在同一测试条件下，对测量装置重复加入同样大小的输入量所得到的输出量之间的差异。
稳定性：表示测量装置在一个长时间内保持其性能参数的力量，也就
是在规定的条件下，测量装置的输出特性随时间的推移而保持不变的力量
精度：表征测量装置的测量结果y与被测真值μ的全都程度。
量程：指测量装置允许测量的输入量的上、下极限值。
非线性系统实验
实验二非线性系统分析2．1典型非线性环节2.1.1 实验目的1．掌握各典型非线性环节模拟电路的构成方法，掌握TDN-AC/ACS设备的使用方法。
2．了解参数变化对典型非线性环节动态特性的影响。
2.1.2 实验要求1．观察各种典型非线性环节的动态特性曲线2．观测参数变化对典型非线性环节动态特性曲线的影响2.1.3 实验设备1．TDN-AC/ACS 系列教学实验系统一套。
2．慢扫描示波器一台。
3．PC机一台。
4．连接导线。
2.1.4 实验原理本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环节的模拟电路。
1．继电特性：见图2 . 1－1图2.1－1 继电特性模拟电路理想继电特性如图2 . 1－2所示。
图中M值等于双向稳压管的稳压值。
U0UiM-M图2.1－2 理想继电特性 （2）饱和特性：见图2.1－3及图2 . 1－4图2.1－3 饱和特性模拟电路 图2.1－4理想饱和特性在理想饱和特性图2.1－4中，特性饱和值等于稳压管的稳压值，斜率K 等于前一级反馈电阻值与输入电阻值之比，即:1/R R K f (3)死区特性死区特性模拟电路图:见图2.1－5Ui+－+－R0U010K10KRfIN R2R1AB30K +12V -12V30K OUTU9 NC图2.1－5 死区特性模拟电路死区特性如图2.1－6所示。
KU0UiK图2.1－6 死区特性 图2.1－6中特性的斜率K 为： 0R R K f =死区)(4.0)(123022V R V R =⨯=∆ 式中2R 的单位为K Ω，）＝（12R R 。
（实际Δ还应考虑二极管的压降） （4）间隙特性间隙特性的模拟电路图见图2.1－7。
间隙特性如图2.1－8所示，图中间隙特性的宽度Δ为)(4.0)(123022V R V R =⨯=∆ 式中2R 的单位为K Ω，）＝（12R R 。
特性斜率αtg 为： 0R R C C tg ff i ⋅=α 改变2R 和1R 可改变间隙特性的宽度；改变R R f 或）（ttC C 的比值可调节特性斜率）（αtg 。
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实验八典型非线性环节静态特性测试
一．实验目的
1．了解和掌握典型非线性环节的原理；
2．分析典型非线性环节的模拟电路，观测典型非线性环节的输出特性。
二．实验内容
1．分析继电特性的模拟电路，观测其输出特性曲线；
2．分析饱和特性的模拟电路，观测其输出特性曲线；
3．分析死区特性的模拟电路，观测其输出特性曲线；
4．分析间隙特性的模拟电路，观测其输出特性曲线。
三．实验步骤
在实验中观测实验结果时，可选用普通示波器，也可选用本实验台上的虚拟示波器。
如果选用虚拟示波器，只要运行ACES程序，选择菜单列表中的相应实验项目，再选择开始实验，就会打开虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验台上的虚拟示波器CH1、CH2两通道观察被测波形。
具体用法参见用户手册中的示波器部分。
1．继电特性
实验中所用到的功能区域：
可调电压输出、虚拟示波器、实验电路A3、实验电路A6。
继电特性的模拟电路如图1-8-1所示
图1-8-1继电特性模拟电路
（1）设置可调电压输出：
将可调电压输出区的“-10V～+10V”端子与实验电路A3的“IN33”端子相连接，调节可调电压输出区的旋钮即可改变输入电压值的大小。
（2）搭建继电特性的模拟电路：
A．将实验电路A3的“OUT3”端子与实验电路A6的“IN62”端子相连接；
B．按照图1-8-1选择拨动开关：
图中：R1可调、R2=100K、R3=200K、R4=10K、R5=10K、R6=10K、
D1、D2为4.7V稳压管
将A3的S7、S10，A6的S5、S11拨至开的位置。
（3）连接虚拟示波器：
将实验电路A3的“OUT3”与示波器通道CH1相连接，A6的“OUT6”
与示波器通道CH2相连接，将示波器的显示格式改为“XY”型，显示时间改为
“5秒”。
（4）调节可调电压输出区的旋钮，记录在示波器屏幕上显现的继电特性曲线。
2．饱和特性
实验中所用到的功能区域：
可调电压输出、虚拟示波器、实验电路A3、实验电路A6。
饱和特性的模拟电路如图1-8-2所示
图1-8-1饱和特性模拟电路
（1）设置可调电压输出：
将可调电压输出区的“-10V～+10V”端子与实验电路A3的“IN33”端子相连接，调节可调电压输出区的旋钮即可改变输入电压值的大小。
（2）搭建饱和特性的模拟电路：
A．将实验电路A3的“OUT3”端子与实验电路A6的“IN62”端子相连接；
B．按照图1-8-2选择拨动开关：
图中：R1可调、R2=100K、R3=200K、R4=50K、R5=100K 、R6=10K、
R7=10K、D1、D2为4.7V稳压管
将A3的S7、S10，A6的S4、S9、S11拨至开的位置。
（3）连接虚拟示波器：
将实验电路A3的“OUT3”与示波器通道CH1相连接，A6的“OUT6”
与示波器通道CH2相连接，将示波器的显示格式改为“XY”型，显示时间改为
“5秒”。
（4）调节可调电压输出区的旋钮，记录在示波器屏幕上显现的饱和特性曲线。
3．死区特性
实验中所用到的功能区域：
可调电压输出、非线性信号、虚拟示波器、实验电路A1。
死区特性的模拟电路如图1-8-3所示
图1-8-3死区特性模拟电路
（1）设置可调电压输出：
将可调电压输出区的“-10V～+10V”端子与非线性信号区的输入端子相连接，将非线性信号区的输出端子与实验电路A1的“IN13”端子相连接，调节
可调电压输出区的旋钮即可改变输入电压值的大小。
（2）搭建死区特性的模拟电路：
A．按照图1-8-3选择拨动开关：
图中：R1可调、R2=50K、R3=500K、R4=10K、R5=10K
将A1的S7、S11拨至开的位置。
（3）连接虚拟示波器：
将可调电压输出区的“-10V～+10V”端子与示波器通道CH1相连接，A1的“OUT1”与示波器通道CH2相连接，将示波器的显示格式改为“XY”型，
显示时间改为“5秒”。
（4）调节可调电压输出区的旋钮，记录在示波器屏幕上显现的死区特性曲线。
4．间隙特性
实验中所用到的功能区域：
可调电压输出、非线性信号、虚拟示波器、实验电路A1。
间隙特性的模拟电路如图1-8-4所示
图1-8-4间隙特性模拟电路
（1）设置可调电压输出：
将可调电压输出区的“-10V～+10V”端子与非线性信号区的输入端子相连接，将非线性信号区的输出端子与实验电路A1的“IN12”端子相连接，调节
可调电压输出区的旋钮即可改变输入电压值的大小。
（2）搭建间隙特性的模拟电路：
A．按照图1-8-3选择拨动开关：
图中：R1可调、R2=10K、R3=10K、C1=1.0uF、C2=1.0uF
将A1的S5、S9拨至开的位置。
（3）连接虚拟示波器：
将可调电压输出区的“-10V～+10V”端子与示波器通道CH1相连接，A1的“OUT1”与示波器通道CH2相连接，将示波器的显示格式改为“XY”型，显示时间改为“5秒”。
（4）调节可调电压输出区的旋钮，记录在示波器屏幕上显现的间隙特性曲线。
四．实验结果
根据实验结果绘制下列图形：。