典型非线性环节的静态特性

物理与电子信息学院电子信息工程专业

课程设计报告

课程名称自动控制原理

设计题目典型非线性环节的静态特性专业名称电子信息工程

班级13电子（1）班、（2）班学号

学生姓名

指导教师

完成时间2016年6月11日

目录

摘要与关键词 (3)

1设计目的 (4)

2设计原理 (5)

2.1具有继电特性的非线性环节 (5)

2.2具有饱和特性的非线性环节 (5)

2.3具有死区特性的非线性环节 (5)

2.4具有间隙特性的非线性环节 (6)

3操作步骤 (7)

3.1试验箱电路测试 (7)

3.1.1继电型非线性环节的模拟电路 (7)

3.1.2饱和型非线性环节的模拟电路 (8)

3.1.3具有死区特性的非线性环节的模拟电路 (8)

3.1.4具有间隙特性的非线性环节的模拟电路 (8)

3.2MATLAB、multisim电路仿真 (8)

3.2.1利用Multisim绘制电路原理图 (8)

3.2.2电路仿真 (9)

4实验结果 (10)

4.1试验箱测试结果 (10)

4.1.1继电型非线性环节的模拟电路 (10)

4.1.2饱和型非线性环节的模拟电路 (10)

4.1.3具有死区特性和间隙特性的非线性环节的模拟电路 (11)

4.2Multisim仿真结果 (12)

5总结 (14)

参考文献 (14)

摘要与关键词

摘要：非线性环节指状态变量和输出变量相对于输入变量的运动特性不能用线性关系描述的控制系统。该实验主要研究典型非线性环节的静态特性，利用自控理论及计算机控制技术实验箱完成对继电型非线性环节静特性、饱和型非线性环节静特性、完成具有死区特性的非线性环节静特性、具有间隙特性的非线性环节静特性的电路模拟研究。同时通过Multisim对电路进行仿真，深入研究电路特性及原理。

关键词：非线性环节；电路仿真；正弦信号

了解并掌握典型非线性环节的静态特性、典型非线性环节的电路模拟研究方法。

学会使用MATLAB对电路进行仿真并模拟电路特性，掌握Multisim软件的基本操作方法能够使用Multisim绘制电路原理图并仿真验证结果。

学会使用模电中所学知识计算电路参数，会求传递函数，并验证计算结果。

2.1具有继电特性的非线性环节

具有继电特性非线性环节的静态特性，即理想继电特性如图2-1-1所示。该环节的模拟电路如图2-1-2所示。

继电特性参数M ，由双向稳压管的稳压值与后一级运放放大倍数之积决定。故改变图2-1-2中电位器接入电阻的数值即可改变M 。当阻值减小时，M 也随之减小。

实验时，可以用周期斜坡或正弦信号作为测试信号进行静态特性观测。注意信号频率的选择应足够低，如1Hz 。通常选用周期斜坡信号作为测试信号时，选择在X-Y 显示模式下观测；选用正弦信号作为测试信号时，选择在X-t 显示模式下观测。

2.2具有饱和特性的非线性环节

具有饱和特性非线性环节的静态特性，即理想饱和特性如图2-2-1所示：

该环节的模拟电路如图2-2-2所示： 特性饱和部分的饱和值M 等于稳压管的稳压值与后一级放大倍数的积，特性线性部分

的斜率K 等于两级运放放大倍数之积。故改变图2-2-2中的电位器接入电阻值时将同时改变M 和K ，它们随阻值增大而增大。

实验时，可以用周期斜坡或正弦信号作为测试信号进行静态特性观测。注意信号频率的选择应足够低，如1Hz 。选用周期斜坡信号作为测试信号时，可在X-Y 显示模式下观测；选用正弦信号作为测试信号时，可在X-t 显示模式下观测。

2.3具有死区特性的非线性环节

具有死区特性非线性环节的静态特性，即理想死区特性如图2-3-1所示： 该环节的模拟电路如图2-3-2所示：

图5.2.1M

u o

M

u i

图5.1.2

+

10k

u i

-+

+10k

10k

-+

u o

图2-1-2 图2-2-1 0

图5.1.1M

u o

M

u i

图2-1-1

10k

图5.2.2

+

10k

u i

-+

+10k

10k

-+u o

图2-2-2

k

图5.3.1

k

u o

u i

图2-3-1

斜率K 为： 0

/f k R R =

死区

2

215()0.5()30R v R v ∆=

⨯=，式中

R2的单位为k Ω，且R2＝R1（实际死区还要考虑二极管的压降值）。

实验时，可以用周期斜坡或正弦信号作为测试信号进行静态特性观测。注意信号频率的选择应足够低，如1Hz 。选用周期斜坡信号作为测试信号时，可在X-Y 显示模式下观测；选

用正弦信号作为测试信号时，可在X-t 显示模式下观测。

2.4具有间隙特性的非线性环节

具有间隙特性非线性环节的静态特性，即理想间隙特性如图2-4-1所示： 该环节的模拟电路如图2-4-2所示：

图中间隙特性的宽度,（实际死

区还要考虑二极管的压降值），特性斜率，

因此改变R1与R2可改变间隙特性的宽度，改变

i f

C C 可以调节

特性斜率。实验时，可以用正弦信号作为测试信号进行静态特性观测。

注意信号频率的选择应足够低，如1Hz 。选用正弦信号作为测试信号时，可在X-t 显示模式下观测。

注意由于元件（二极管、电阻等）参数数值的分散性，造成电路不对称，因而引起电容上电荷累积，影响实验结果，故每次实验启动前，需对电容进行短接放电。

图5.4.2u i

-15v

30k +

30k

R 2

R 1+15v 1u C i

-

C f

+

+1u

R

-

+R

u o

图2-4-2

A

图5.4.1D

E

u o

C

B

u i

图2-4-1

10k

图5.3.2

u i

-15v

30k +

30k

R 2

R 1+15v

10k

R 0

-R f +

+R

R

-+u o

图2-3-2

2215()0.5()30

R v R v ∆=⨯=i

f t

g C C α=