控制仿真实验二

实验二非线性系统的数字仿真实验

一、实验目的

学会用数字仿真方法分析线性和非线性系统的动态特性以及各种典型非线性环节对控制系统动态特性的影响。

二、实验内容

系统模型如习题2.17所示。根据控制理论分析，该系统将出现振幅为0.6，频率为0.8的自激振荡。

1.按实验目的、要求和已知条件，建立系统的Simulink模型。

建立Simulink模型如下：

2.在不引入非线性环节的情况下运行仿真模型，观察纪录系统动态特性的变化。

去掉上图中的非线性环节—Relay，得到下图仿真结果：

从图可以看出，开始会有突变，之后趋于稳定。

3. 在同样的条件下，引入滞环继电特性非线性环节，再运行仿真模型，观察纪录该非线性环节对系统过渡过程的影响。

如下，加入了滞环继电特性非线性环节

从图中可以看出，系统产生了自激振荡，可以通过编程找到仿真曲线上的极值点，求出该图线的周期、角频率以及振幅。通过仿真，由仿真图像可以很明白地看出，产生了自激振荡，且该自激振荡幅度约为0.6，周期约为8，则角频率约为0.8。仿真结果与题目一致。

4. 将滞环继电特性非线性环节换成饱和非线性环节，C1仍为0.3，运行仿真模型，观察纪录饱和非线性环节对系统过渡过程的影响。

由图可得，仿真曲线的变化趋于缓和，但同时进入稳定的速率变慢。即加入的饱和环节在系统中起到了限幅的作用。饱和非线性环节使得系统更加平和的进入了稳定状态。

三、预习要求

1. 复习自控原理中非线性环节对系统动态性能影响的相关内容，初步估计系统动态特性的形态。

2. 按实验内容了解Simulink中相应非线性模块的功能。

四、实验报告要求

1. 整理各种实验条件下的打印数据和曲线。

2. 分析讨论滞环继电特性非线性环节对系统动态特性的影响，并考察仿真结果是否与理论分析一致。

答：饱和非线性系统往往促使系统稳定，但会减少放大系数，因而减低稳定精度。滞环回想、引起系统不稳定或自激振荡。通过对图像的分析，滞环继电特性非线性环节对系统动态特性的影响是能使系统产生自激振荡。

3.从仿真结果分析饱和非线性环节对系统动态特性的影响。

答：饱和非线性系统往往促使系统稳定，但会减少放大系数，因而减低稳定精度。