自控原理

双闭环直流调速系统设计

在双闭环调速系统中，电动机、晶闸管整流装置、触发装置都可按负载的工艺要求来选择和设计。根据生产机械和工艺的要求提出系统的稳态和动态性能指标，而系统的固有部分往往不能满足性能指标要求，所以需要设计合适的校正环节来达到。

校正方法有许多种类，而且对一个系统来说，能够满足性能指标的校正方案也不是唯一的。在直流调速系统中，常用的校正方法有串联校正和并联校正两种，其中串联校正简便，且可利用系统固有部分中的运算放大器构成有源校正网络来实现。因此，本章重点讨论直流调速系统的串联校正方法。

自动控制原理中，为了区分系统的稳态精度，按照系统中所含积分环节的个数，把系统分为0型、I型、II型…系统。系统型别越高，系统的准确度越高，但相对稳定性变差。0型系统的稳态精度最低，而III型及III型以上的系统则不易稳定，实际上极少应用。因此，为了保证一定的稳态精度和相对稳定性，通常在I型和II型系统中各选一种作为典型，称为典型I型和II型系统，作为设计方法的基础。

一、典型I型系统

1、数学模型

1）框图及标准传递函数

典型I型系统的框图如

图7-1所示，其开环传递函数为：

)

1()(+=

Ts s K s G

其中，参数有二个：K 、和T ，T 一般为系统保留下来的固有参数，K 为需要选定的参数。 2）Bode 图

由图可知，在ω=1处，L(ω)=20lgK ，在ω=ωc 处，L(ω)=0，根据

20

lg 1lg 0lg 20-=--c

K ω (当ωc <1/T 时)

可得 K=ωc

为使系统具有较好的相对稳定性，通常要求T

c

1<

ω

，即

T

K 1<

，这也是典型I 型系统的条件。

3）参数和性能指标关系

典型I 型系统为二阶系统，典型二阶系统的参数和性能指标关系在第三章中已分析由图7-1可得典型I 型系统的闭环传递函数为：

2

2

2

2

2

2///)

1(1)1()

()(n

n n

s s T

K T s s T K K

s Ts

K Ts S K Ts s K

s R s C ωξωω++=

++=

++=

++

+=

所

以

KT

T K n 21=

=ξω

根据第三章讲过的公式，可以算出不同K 值下系统的性能指标。见表7-1

由上表可见，当开环放大倍数K 越大，对应的阻尼比ξ越小，则相位裕量愈大，最大超调量愈小，但同时快速性将变差。 3）“二阶最佳”设计

为使系统既有较好的相对稳定性，又有较快的响应。对典型I 型系统通常取T

K 21=，（对应ξ=0.707），即为三阶最佳条件。

此时σp =4.3%

二、典型II 型系统 1、数学模型

1）框图及标准传递函数

典型II 型系统的框图如图7-3所示，其开环传递函数为：

)

1()1()(22

1++=

s T s s T K s G

其中，参数有三个：K 、T 1和T 2 ，T 2一般为固有参数，K 和T 1为需要选定的参数。

由稳定性的判断条件可知，只有当T 1>T 2时，K 为大于零的任何值，系统都是稳定的。这也是典型II 型系统的条件。 2）Bode 图

3）参数和性能指标关系

我们常采用最大相位裕量法（即υ=υ

m 准则）

，这是因为相位裕量υ越大，超调量越小，系统的稳定性越好。

为分析问题方便，引入一个新参数h ，并定义为中频宽：

2

11

2T T h =

=

ωω

用最大相位裕量法求得参数为：

2

2

2

11T h h K hT T =

=

不同h 值，跟随指标是不一样的，见表7-2。

由上表可见，当h 取得愈宽，则相位裕量愈大，最大超调量愈小，但快速性将变差。 3）三阶最佳设计

当h=4时，可使系统既有一定的相对稳定性，又有较快的响

应。我们认为最大相位裕量法中h=4为三阶最佳条件。此时

2

2

21814T K T T =

=

这时，系统的指标为σp =43%，t s =16.6T 2(δ=2%) 三、典型I 型和典型II 型系统性能的比较

对直流调速系统，一般情况下，典型I 型系统的跟随性能指标要比和典型II 型系统好；而典型II 型系统的抗扰性能要比和典型I 型系统好。例如：系统数学模型的建立 1、 系统的动态结构框图如图7-6所示。

设直流电动机的规格如下：P N =2.2KW ，I N =12.5A ，n N =1500r/min ，R a =1.36Ω，L a =22mH 。

变流装置采用三相桥式整流电路，晶闸管触发整流装置放大倍数K tr =40，整流装置内阻R r =3.24Ω，平均延迟时间τ

D =0.00167s 。

平波电抗器电阻R s =0.4Ω，电感L s =100m 。 折算到直流电动机轴的飞轮力矩惯量GD 2=2.37Nm 2

图7-6

给定电压U sn 、速度调节器限幅电压U sim 、电流调节器限幅电压U cm ，一般取8~10V 。此例中取U sn =U sim =U cm =8V 。 2、 系统固有部分的主要参数计算 （1）电动机的电磁时间常数

s

R L T a 0244.05

122.0===

∑

∑

（2）电动机的电动势常量

r V n R I U

K N

a N N

e m i n /

1354.01500

36

.15.12220?=?-=

-=

φ

（3）电动机的转矩常量

A m N C K e T /293.11354.055.955.9?==?==φφ

（4）转速惯量

r

s m N GD J G min/00632.0375

37.2375

2

???==

=

2．预先选定的参数

（1）调节器输入回路电阻R 0

为简化起见，调节器的输入电阻一般均取相同数值，通常选用10~60K Ω，本实例取

R 0=(10 K Ω+10 K Ω) =20K Ω （2）电流反馈系数β

设最大允许电流I dm =1.5I dN ，有I dm =1.5×12.5=18.75A

A V I U

dm

sim

/427.075

.188==

=

β

（3）速度反馈系数α

r

V n U

N

snm

min/00533.01500

8?==

=

α

（4）电流滤波时间常数T fi 及转速滤波时间常数T fn

由于电流检测信号和转速检测信号中含有谐波分量，而这些谐波分量会使系统产生振荡。所以需加反馈滤波环节。滤波环节可以抑制反馈信号中的谐波分量，但同时也给反馈信号带来惯性的影响，为了平衡这一惯性的影响，在调节器给定输入端也加入一个同样参数的给定滤波环节。电流滤波时间常数T fi 一般取1~3ms ，转速滤波时间常数T fn 一般取5~20ms 。对滤波时间常数，若取得过小，则滤不掉信号中的谐波，影响系统的稳定性。但若取得过大，将会使过渡过程增加，降低系统的快速性。

本例中取

T fi =2ms=0.002s T fn =10ms=0.01s

二、 电流调节器的设计 1．

电流环框图的建立及化简

电流环框图如图7-8a 所示，由于转速对给定信号的响应时间较电流对给定信号的响应时间长得多（几~几十倍），因此在计算电流的动态响应时，可以把电动机的转速看成恒量。而恒量对动态分量是不起作用的，因此，为简化起见，可把反电势略去。

将非单位负反馈变换成单位负反馈系统。如图7-8b 所示。 由于T fi （0.002）和τ

D （0.00167）较

T a （0.0244）小得多，

所以可把前两者构成的小惯性环节合并。T

Σ

i =0.002+0.00167=0.00367s

2． 电流调节器的设计

（1） 确定系统的类型

对电流环，可以校正成典I 系统，也可以校正成典II 系统应根据生产机械的要求而定，一般对抗扰性能要求不是特别严格时均采用典I 系统设计即可。现将电流环校正成典I 系统。 （2） 电流调节器的选择

显然，欲校正成典I 系统，电流调节器应选用PI 调节器。其传递函数为

s

T s T K s G i i i

CR 1)(+=

而)

10244.0)(100367.0(4

.3)(0

++=s s s G

图7-8

a)

b)

)

1()

10244.0)(100367.0(4

.31)()(0+=

+++=Ts s K s s s

T s T K s G s G i i i

CR

（3） 电流调节器参数的选取

按二阶最佳系统设计，取T i =T a =0.0244s

00367

.0214.3?=

i

i

T K

得K i =0.973

设取调节器的输入电阻R 0=60 K Ω，则 R i =K i R 0=0.973×60=58.4 K Ω 取R i =60 K Ω

F

F R T C i

i i μ41.010

41.010

600244.06

3

=?=?==

-

取C i =0.47μF

F

F R T C i

oi oi μ13.010

13.010

60002.0446

3

=?=??=

=

-

取C 0i =0.15μF 三、 速度调节器的设计 1．

速度环框图的建立及化简

电流环等效闭环传递函数的求取

1

00734.034.21

00734.0000027.034

.2427

.012

.13600367.02

.136)

()(22

+≈

++=?

++=s s s s s s U s I si d

速度环框图如图7-9a 所示，将非单位负反馈变换成单位负反馈系统。同理，可把两个小惯性环节合并。如图7-9b 所示。

2． 速度调节器的设计

（1）确定系统的类型

对速度环，可以校正成典I 系统，也可以校正成典II 系统，应根据生产机械的要求而定，大多数调速系统的速度环都按典II 系统进行设计。现将速度环校正成典II 系统。 （2）速度调节器的选择

显然，欲校正成典II 系统，速度调节器应选用PI 调节器。其传递函数为

s

T s T K s G n n n

SR 1)(+=

而

)

101734.0(54.2)(0+=

s s s G

)

101734.0()

1(54.2)

101734.0(54.21)()(2

0++=

++=s s s T T K s s s

T s T K s G s G n n

n

n n n

SR

图7-9

a)

b)

（3）速度调节器参数的选取

按三阶最佳系统设计，取T n =4T Σn =4×0.01734=0.06936s

2

01734

.08154.2?=

n

n

T K

得K n =11.25

设取调节器的输入电阻R 0=60 K Ω，则

R n =K n R 0=11.25×60=675 K Ω 取R n =680 K Ω

F

F R T C n

n n μ102.010

102.010

6806936.06

3

=?=?=

=

-

取C i =0.1μF

F

F R T C o

on on μ666.010

666.010

6001.0446

3

=?=??=

=

-

取C on =0.66μF （两个0.33μF 并联）

至此，双闭环直流调速系统的理论设计初步完成，但还需实际调试和修正。

为了保证控制系统有一定的稳态精度和相对稳定性，通常在I 型和II 型系统中各选一种，称为典型I 型和II 型系统，作为工程设计方法的基础。典型I 型系统的特点是超调量小，但抗扰性能较差；典型II 型系统抗扰性能好，但跟随性较差。

自动控制系统中其固有传递函数形式多不符合典型系统的要求，故一般先对系统结构作近似处理，然后再设法用各种调节器来校正，使校正后的系统传递函数成为典型I 型或II 型系统的基本形式。

双闭环调速系统工程设计的一般步骤是：

（1）先进行电流内环的设计，再进行速度外环的设计。（2）对已知系统的固有部分做合理的近似处理，以简化调节器的结构。

（3）根据具体情况选定预期特性，即典型I型或典型II型系统，并确定串联调节器的类型。

（4）根据要求的性能指标，求出调节器的参数。

自动控制原理实验

自动控制原理实验 实验报告 实验三闭环电压控制系统研究 学号姓名 时间2014年10月21日 评定成绩审阅教师

实验三闭环电压控制系统研究 一、实验目的： （1）通过实例展示，认识自动控制系统的组成、功能及自动控制原理课程所要解决的问题。 （2）会正确实现闭环负反馈。 （3）通过开、闭环实验数据说明闭环控制效果。 二、预习与回答： （1）在实际控制系统调试时，如何正确实现负反馈闭环？ 答：负反馈闭环，不是单纯的加减问题，它是通过增量法实现的，具体如下： 1.系统开环； 2.输入一个增或减的变化量； 3.相应的，反馈变化量会有增减； 4.若增大，也增大，则需用减法器； 5.若增大，减小，则需用加法器，即。 （2）你认为表格中加1KΩ载后，开环的电压值与闭环的电压值，哪个更接近2V？ 答：闭环更接近。因为在开环系统下出现扰动时，系统前部分不会产生变化。故而系统不具有调节能力，对扰动的反应很大，也就会与2V相去甚远。 但在闭环系统下出现扰动时，由于有反馈的存在，扰动产生的影响会被反馈到输入端，系统就从输入部分产生了调整，经过调整后的电压值会与2V相差更小些。 因此，闭环的电压值更接近2V。 （3）学自动控制原理课程，在控制系统设计中主要设计哪一部份？ 答：应当是系统的整体框架及误差调节部分。对于一个系统，功能部分是“被控对象”部分，这部分可由对应专业设计，反馈部分大多是传感器，因此可由传感器的专业设计，而自控原理关注的是系统整体的稳定性，因此，控制系统设计中心就要集中在整个系统的协调和误差调节环节。 二、实验原理： （1）利用各种实际物理装置（如电子装置、机械装置、化工装置等）在数学上的“相似性”，将各种实际物理装置从感兴趣的角度经过简化、并抽象成相同的数学形式。我们在设计控制系统时，不必研究每一种实际装置，而用几种“等价”的数学形式来表达、研究和设计。又由于人本身的自然属性，人对数学而言，不能直接感受它的自然物理属性，这给我们分析和设计带来了困难。所以，我们又用替代、模拟、仿真的形式把数学形式再变成“模拟实物”来研究。这样，就可以“秀才不出门，遍知天下事”。实际上，在后面的课程里，不同专业的学生将面对不同的实际物理对象，而“模拟实物”的实验方式可以做到举一反三，我们就是用下列“模拟实物”——电路系统，替代各种实际物理对象。

自动控制原理实验五利用matlab绘制系统根轨迹

实验五利用MATLAB绘制系统根轨迹 一、实验目的 （1）熟练掌握使用MATLAB绘制控制系统零极点图和根轨迹图的方法； （2）熟练使用根轨迹设计工具SISO； （2）学会分析控制系统根轨迹的一般规律； （3）利用根轨迹图进行系统性能分析； （4）研究闭环零、极点对系统性能的影响。 二、实验原理及内容 1、根轨迹与稳定性 当系统开环增益从变化时，若根轨迹不会越过虚轴进入s右半平面，那么系统对所有的K值都是稳定的；若根轨迹越过虚轴进入s右半平面，那么根轨迹与虚轴交点处的K值，就是临界开环增益。应用根轨迹法，可以迅速确定系统在某一开环增益或某一参数下的闭环零、极点位置，从而得到相应的闭环传递函数。 2、根轨迹与系统性能的定性分析 1）稳定性。如果闭环极点全部位于s左半平面，则系统一定是稳定的，即稳定性只与闭环极点的位置有关，而与闭环零点位置无关。 2）运动形式。如果闭环系统无零点，且闭环极点为实数极点，则时间响应一定是单调的；如果闭环极点均为复数极点，则时间响应一般是振荡的。 3）超调量。超调量主要取决于闭环复数主导极点的衰减率，并与其它闭环零、极点接近坐标原点的程度有关。 4）调节时间。调节时间主要取决于最靠近虚轴的闭环复数极点的实部绝对值；如果实数极点距虚轴最近，并且它附近没有实数零点，则调节时间主要取决于该实数极点的模值。 5）实数零、极点影响。零点减小闭环系统的阻尼，从而使系统的峰值时间提前，超调量增大；极点增大闭环系统的阻尼，使系统的峰值时间滞后，超调量减小。而且这种影响将其接近坐标原点的程度而加强。 【自我实践5-1】 在实验内容（2）中控制系统的根轨迹上分区段取点，构造闭环系统传递函数，分别绘制其对应系统的阶跃响应曲线，并比较分析。 1：阻尼比=，k=

自控原理

自动控制（原理）是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控制量）自动地按照预定的规律运行。 自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。它的发展初期，是以反馈理论为基础的自动调节原理，主要用于工业控制。二战期间为了设计和制造飞机及船用自动驾驶仪、火炮定位系统、雷达跟踪系统以及其他基于反馈原理的军用设备，进一步促进并完善了自动控制理论的发展。二战后，已形成完整的自动控制理论体系，这就是以传递函数为基础的经典控制理论，它主要研究单输入单输出的线形定常数系统的分析和设计问题。 相关知识点 1.什么是自动控制？（填空） 自动控制：是指在无人直接参与的情况下，利用控制装置操纵受控对象，是被控量等于给定值或按给定信号的变化规律去变化的过程。 2.自动控制系统的两种常用控制方式是什么？（填空） 开环控制和闭环控制 3.开环控制和闭环控制的概念？

开环控制：控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系 特点：开环控制实施起来简单，但抗扰动能力较差，控制精度也不高。 闭环控制：控制装置与受控对象之间，不但有顺向作用，而且还有反向联系，既有被控量对被控过程的影响。 主要特点：抗扰动能力强，控制精度高，但存在能否正常工作，即稳定与否的问题。 4.控制系统的性能指标主要表现在哪三个方面？各自的定义？（填空或判断） （1）、稳定性：系统受到外作用后，其动态过程的振荡倾向和系统恢复平衡的能力 （2）、快速性：通过动态过程时间长短来表征的 （3）、准确性：有输入给定值与输入响应的终值之间的差值来表征的

自动控制原理学生实验：二阶开环系统的频率特性曲线

实验三 二阶开环系统的频率特性曲线 一．实验要求 1．研究表征系统稳定程度的相位裕度γ和幅值穿越频率c ω对系统的影响。 2．了解和掌握欠阻尼二阶开环系统中的相位裕度γ和幅值穿越频率c ω的计算。 3．观察和分析欠阻尼二阶开环系统波德图中的相位裕度γ和幅值穿越频率ωc ，与计算值作比对。 二．实验内容及步骤 本实验用于观察和分析二阶开环系统的频率特性曲线。 由于Ⅰ型系统含有一个积分环节，它在开环时响应曲线是发散的，因此欲获得其开环频率特性时，还是需构建成闭环系统，测试其闭环频率特性，然后通过公式换算，获得其开环频率特性。 自然频率：T iT K = n ω 阻尼比：KT Ti 2 1= ξ （3-2-1） 谐振频率： 2 21ξωω-=n r 谐振峰值：2 121lg 20)(ξ ξω-=r L （3-2-2） 计算欠阻尼二阶闭环系统中的幅值穿越频率ωc 、相位裕度γ： 幅值穿越频率： 24241ξξωω-+? =n c （3-2-3） 相位裕度： 4 24122arctan )(180ξξξω?γ++-=+=c （3-2-4） γ值越小，Mp%越大，振荡越厉害；γ值越大，Mp%小，调节时间ts 越长，因此为使 二阶闭环系统不致于振荡太厉害及调节时间太长，一般希望： 30°≤γ≤70° （3-2-5） 本实验所构成的二阶系统符合式（3-2-5）要求。 被测系统模拟电路图的构成如图1所示。 图1 实验电路 本实验将数/模转换器（B2）单元作为信号发生器，自动产生的超低频正弦信号的频率从低到高变化（0.5Hz~16Hz ），OUT2输出施加于被测系统的输入端r (t)，然后分别测量被测系统的输出信号的开环对数幅值和相位，数据经相关运算后在虚拟示波器中显示。 实验步骤： （1）将数/模转换器（B2）输出OUT2作为被测系统的输入。 （2）构造模拟电路：安置短路套及测孔联线表同笫3.2.2 节《二阶闭环系统的频率特性曲线测试》。 （3）运行、观察、记录： ① 将数/模转换器（B2）输出OUT2作为被测系统的输入，运行LABACT 程序，在界面 的自动控制菜单下的线性控制系统的频率响应分析-实验项目，选择二阶系统，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始，实验开始后，实验机将自动产生0.5Hz~16H 等多种频率信号，等待将近十分钟，测试结束后，观察闭环对数幅频、相频曲线和幅相曲线。 ② 待实验机把闭环频率特性测试结束后，再在示波器界面左上角的红色‘开环’或‘闭

自控原理

自控原理 自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学，时自动控制原理也是现在高校自动化专业的一门主干课程，是学习后续专业课的重要基础，也是自动化专业硕士研究生入学必考的专业课。自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置(称控制装置或控制器)，使机器，设备或生产过程(统称被控对象)的某个工作状态或参数(即被控制量)自动地按照预定的规律运行。 自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。它的发展初期，是以反馈理论为基础的自动调节原理，主要用于工业控制，二战期间为了设计和制造飞机及船用自动驾驶仪，火炮定位系统，雷达跟踪系统以及其他基于反馈原理的军用设备，进一步促进并完善了自动控制理论的发展。到战后，以形成完整的自动控制理论体系，这就是以传递函数为基础的经典控制理论，它主要研究单输入-单输出，线形定常数系统的分析和设计问题。 20世纪60年代初期，随着现代应用数学新成果的推出和电子计算机的应用，为适应宇航技术的发展，自动控制理论跨入了一个新阶段--现代控制理论。他主要研究具有高性能，高精度的多变量变参数的最优控制问题，主要采用的方法是以状态为基础的状态空间法。目前，自动控制理论还在继续发展，正向以控制论，信息论，仿生学为基础的智能控制理论深入。

为了实现各种复杂的控制任务，首先要将被控制对象和控制装置按照一定的方式连接起来，组成一个有机的总体，这就是自动控制系统。在自动控制系统中，被控对象的输出量即被控量是要求严格加以控制的物理量，它可以要求保持为某一恒定值，例如温度，压力或飞行航迹等;而控制装置则是对被控对象施加控制作用的机构的总体，它可以采用不同的原理和方式对被控对象进行控制，但最基本的一种是基于反馈控制原理的反馈控制系统。 在反馈控制系统中，控制装置对被控装置施加的控制作用，是取自被控量的反馈信息，用来不断修正被控量和控制量之间的偏差从而实现对被控量进行控制的任务，这就是反馈控制的原理。 同时自动控制原理也是现在高校自动化专业的一门主干课程，是学习后续专业课的重要基础，也是自动化专业硕士研究生入学必考的专业课。 该课不仅是自动控制专业的基础理论课，也是其他专业的基础理论课，目前信息科学与工程学院开设本课程的专业有计算机、电子信息、检测技术。 该课程不仅跟踪国际一流大学有关课程内容与体系，而且根据科研与学术的发展不断更新课程内容，从而提高自动化及相关专业的整体学术水平。

自动控制理论(二)自考试题 (11)

. 全国2005年1月高等教育自学考试 自动控制理论(二)试题 课程代码：02306 一、单项选择题(在每小题的四个备选答案中选出一个正确答案，并将其号码填在题后的括号内。1—5小题每小题2 分，6—15小题每小题1分，共20分) 1. 如果系统中加入一个微分负反馈，将使系统的超调量P σ( )。 A. 增加 B. 减小 C. 不变 D. 不定 2. 在伯德图中反映系统动态特性的是( )。 A. 低频段 B. 中频段 C. 高频段 D. 无法反映 3. 设开环系统的频率特性G(j ω)=2)j 1(1 ω+，当ω=1rad/s 时，其频率特性幅值M(1)=( )。 A. 1 B. 2 C. 21 D. 41 4. 若系统的状态方程为u 10X 1103X ??? ???+?? ????-=?，则该系统的特征根为( )。 A. s 1=3, s 2=-1 B. s 1=-3, s 2=1 C. s 1=3, s 2=1 D. s 1=-3, s 2=-1 5. 开环传递函数为G(s)H(s)=)3s (s K 3+,则实轴上的根轨迹为( )。 A.［-3,∞］ B. ［0,∞］ C. (-∞,-3］ D. ［-3,0］ 6. 由电子线路构成的控制器如图，它是( )。 A. 超前校正装置 B. 滞后校正装置 C. 滞后—超前校正装置 D. 以上都不是 7. 进行串联滞后校正后，校正前的穿越频率ωC 与校正后的穿越频率C ω'的关系，通常是( )。 A. ωC =C ω' B. ωC >C ω'

C. ωC

自动控制原理实验报告73809

-150-100 -50 50 实验一 典型环节的模拟研究及阶跃响应分析 1、比例环节 可知比例环节的传递函数为一个常数： 当Kp 分别为0.5，1，2时，输入幅值为1.84的正向阶跃信号，理论上依次输出幅值为0.92，1.84，3.68的反向阶跃信号。实验中，输出信号依次为幅值为0.94，1.88，3.70的反向阶跃信号， 相对误差分别为1.8%,2.2%,0.2%. 在误差允许范围内可认为实际输出满足理论值。 2、 积分环节 积分环节传递函数为： （1）T=0.1(0.033)时，C=1μf (0.33μf )，利用MATLAB ，模拟阶跃信号输入下的输出信号如图： T=0.1 T=0.033 与实验测得波形比较可知，实际与理论值较为吻合，理论上T=0.033时的波形斜率近似为T=0.1时的三倍，实际上为8/2.6=3.08，在误差允许范围内可认为满足理论条件。 3、 惯性环节 i f i o R R U U -=TS 1 CS R 1Z Z U U i i f i 0-=-=-=15 20

惯性环节传递函数为： K = R f /R 1,T = R f C, （1） 保持K = R f /R 1 = 1不变，观测T = 0.1秒，0.01秒（既R 1 = 100K,C = 1μf ， 0.1μf ）时的输出波形。利用matlab 仿真得到理论波形如下： T=0.1时 t s （5%）理论值为300ms,实际测得t s =400ms 相对误差为：（400-300）/300=33.3%,读数误差较大。 K 理论值为1，实验值2.12/2.28， 相对误差为（2.28-2.12）/2.28=7%与理论值 较为接近。 T=0.01时 t s （5%）理论值为30ms,实际测得t s =40ms 相对误差为：（40-30）/30=33.3% 由于ts 较小，所以读数时误差较大。 K 理论值为1，实验值2.12/2.28， 相对误差为（2.28-2.12）/2.28=7%与理论值较为接近 （2） 保持T = R f C = 0.1s 不变，分别观测K = 1，2时的输出波形。 K=1时波形即为（1）中T0.1时波形 K=2时，利用matlab 仿真得到如下结果： t s （5%）理论值为300ms,实际测得t s =400ms 相对误差为：（400-300）/300=33.3% 读数误差较大 K 理论值为2，实验值4.30/2.28， 1 TS K )s (R )s (C +-=

自动控制原理

《自动控制原理》综合复习资料 一、简答题 1、常见的建立数学模型的方法有哪几种？各有什么特点？ 2、自动控制原理中，对线性控制系统进行分析的方法有哪些？ 3、给出梅逊公式，及其中各参数意义。 4、举例说明什么是闭环系统？它具有什么特点？ 5、系统的性能指标有哪些？ 6、幅值裕度，相位裕度各是如何定义的？ 7、画出自动控制系统基本组成方框结构图？ 8、减小稳态误差的措施主要有？ 9、闭环控制系统由哪几个基本单元组成？ 10、增加开环零、极点对根轨迹有什么影响？ 二、计算题 1、已知系统输入为i u ，输出为o u ，求出传递函数)(/)()(s U s U s G i o =。 2、试简化下图所示系统方框图求其传递函数： 3、已知某二阶系统的单位阶跃响应为()t t e e t c 10602.12.01---+=， 试求：（1）系统传递函数 ()() s R s C （5分） （2）确定系统阻尼比ξ、无阻尼振荡频率n ω。

4、设某系统的特征方程式为 0161620128223456=++++++s s s s s s 判断闭环系统的稳定性，若不稳定求其不稳定特征根个数。（利用劳斯判据） 5、RC 无源网络电路图如下图所示，试列写该系统的微分方程，并求传递函数Uc(s)/Ui(s)。 6、试简化下图所示系统方框图求其传递函数： 7、已知系统的结构图如所示： 当0=f K 、10=a K 时，试确定系统的阻尼比ξ、固有频率n ω和单位斜坡输 入时系统的稳态误差； 8、已知系统如下图所示，求系统的单位阶跃响应，并判断系统的稳定性。 9、RC 无源网络电路图如下图所示，试列写该系统的微分方程，并求传递函数Uc(s)/Uc(s)。 i u c u 1C 1R 2R 2C X r X c 10 S(S+1) 0.5S+1 G 1 G 2 G 3 H 1 H 2

自动控制原理 (2)

目录 一、整套电气控制实训装置中用到了那些种类的断路开关，总结它们的各自的基本构成、工作原理、电气符号、用途是什么？ (1) （一）低压断路器 (1) （二）漏电保护断路器 (2) 二、电气、控制实训装置中的行程开关、限位开关在哪里，他们是如何工作的？ (3) 三、电器控制实训装置中温度检测、物料检测是怎样实现的？ (4) 四、整套电器控制实训装置中用到了那些种类的继电器、接触器，总结他们的各自基本构成、工作原理、电器符号、用途是什么？ (4) （一）中间继电器 (4) （二）热继电器 (6) （三）交流接触器 (7) 五、电器元件布局有哪些讲究？ (8) 六、总结变频器的工作原理、用途；变频器在本实训装置中是怎样控制搅拌电机动作的？ (9) （1）变频器的工作原理 (9) （2）变频器的用途 (9) （3）变频器的控制方式; (9) 七、分析第2张、第3张、第5张原理图 (11) （1）第二张： (11) （2）第三张： (11)

一、整套电气控制实训装置中用到了那些种类的断路开关，总结它们的各自的基本构成、工作原理、电气符号、用途是什么？ 在本次电气控制实训装置中用到了以下断路器： 序号名称型号符号功能备注 1 断路器C65N 4P C16A QF01 注电器柜中电源的接通和 切断，额定电流为16A 内分励线圈 MX DC分励脱扣线圈 DC24V LV429390 远程控制断路器断电线圈额 定电压 为24V 2 漏电保护 断路器VIGI C65 4P 40 QF02 在电路中骑漏电保护，漏 电保护电流30mA 小型断路 器 C65 4P C16A 3 小型断路 器C65 4P C4A QF03 柜内照明灯控制开关 C65 2P C4A QF04 直流24V电源开关 C65 2P C2A QF05 直流24V控制回路电源开 关 4 电动机断 路器GV2-ME04C0.4-0.63A QM21 控制搅拌机点击启动有过载 保护，短 路保护GV2-ME04C0.4-0.63A QM31 控制开盖点击启动 GV2-ME06C1-0.63A QM32 控制加热器启动 （一）低压断路器 1、低压断路器的基本构成 （1）主触点 （2）自由脱扣机构 （3）过电流脱扣器 （4）分励扣器脱 （5）热脱扣器 （6）欠电压脱扣器 （7）停止按钮 2、低压断路器的工作原理

北航自动控制原理实验报告(完整版)

自动控制原理实验报告 一、实验名称：一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 二、实验目的 1、了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系 2、学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法 3、学习阶跃响应的测试方法 三、实验内容 1、建立一阶系统的电子模型，观测并记录在不同时间常数T时的响应曲线，测定过渡过程时间T s 2、建立二阶系统电子模型，观测并记录不同阻尼比的响应曲线，并测定超调量及过渡过程时间T s 四、实验原理及实验数据 一阶系统 系统传递函数： 由电路图可得，取则K=1，T分别取：0.25, 0.5, 1 T 0.25 0.50 1.00 R2 0.25MΩ0.5M Ω1MΩ C 1μ1μ1μ T S 实测0.7930 1.5160 3.1050 T S 理论0.7473 1.4962 2.9927 阶跃响应曲线图1.1 图1.2 图1.3 误差计算与分析 （1）当T=0.25时，误差==6.12%； （2）当T=0.5时，误差==1.32%； （3）当T=1时，误差==3.58% 误差分析：由于T决定响应参数，而,在实验中R、C的取值上可能存在一定误差，另外，导线的连接上也存在一些误差以及干扰，使实验结果与理论值之间存在一定误差。但是本实验误差在较小范围内，响应曲线也反映了预期要求，所以本实验基本得到了预期结果。 实验结果说明 由本实验结果可看出，一阶系统阶跃响应是单调上升的指数曲线，特征有T确定，T越小，过度过程进行得越快，系统的快速性越好。 二阶系统 图1.1 图1.2 图1.3

系统传递函数： 令 二阶系统模拟线路 0.25 0.50 1.00 R4 210.5 C2 111 实测45.8% 16.9% 0.6% 理论44.5% 16.3% 0% T S实测13.9860 5.4895 4.8480 T S理论14.0065 5.3066 4.8243 阶跃响应曲线图2.1 图2.2 图2.3 注：T s理论根据matlab命令[os,ts,tr]=stepspecs(time,output,output(end),5)得出，否则误差较大。 误差计算及分析 1）当ξ=0.25时，超调量的相对误差= 调节时间的相对误差= 2）当ξ=0.5时，超调量的相对误差==3.7% 调节时间的相对误差==3.4% 4）当ξ=1时，超调量的绝对误差= 调节时间的相对误差==3.46% 误差分析：由于本试验中，用的参量比较多，有R1,R2,R3,R4;C1,C2;在它们的取值的实际调节中不免出现一些误差，误差再累加，导致最终结果出现了比较大的误差，另外，此实验用的导线要多一点，干扰和导线的传到误差也给实验结果造成了一定误差。但是在观察响应曲线方面，这些误差并不影响，这些曲线仍旧体现了它们本身应具有的特点，通过比较它们完全能够了解阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系，不影响预期的效果。 实验结果说明 由本实验可以看出，当ωn一定时，超调量随着ξ的增加而减小，直到ξ达到某个值时没有了超调；而调节时间随ξ的增大，先减小，直到ξ达到某个值后又增大了。 经理论计算可知，当ξ=0.707时，调节时间最短，而此时的超调量也小于5%，此时的ξ为最佳阻尼比。此实验的ξ分布在0.707两侧，体现了超调量和调节时间随ξ的变化而变化的过程，达到了预期的效果。 图2.2 图2.1 图2.3

东南大学自控实验报告实验三闭环电压控制系统研究

东南大学自控实验报告实验三闭环电压控制系统研究

东南大学 《自动控制原理》 实验报告 实验名称：实验三闭环电压控制系统研究 院（系）：专业： 姓名：学号： 实验室： 416 实验组别： 同组人员：实验时间：年 11月 24日评定成绩：审阅教师：

实验三闭环电压控制系统研究 一、实验目的： （1）经过实例展示，认识自动控制系统的组成、功能及自动控制原理课程所要解决的问题。 （2）会正确实现闭环负反馈。 （3）经过开、闭环实验数据说明闭环控制效果。 二、实验原理： （1）利用各种实际物理装置（如电子装置、机械装置、化工装置等）在数学上的“相似性”，将各种实际物理装置从感兴趣的角度经过简化、并抽象成相同的数学形式。我们在设计控制系统时，不必研究每一种实际装置，而用几种“等价”的数学形式来表示、研究和设计。又由于人本身的自然属性，人对数学而言，不能直接感受它的自然物理属性，这给我们分析和设计带来了困难。因此，我们又用替代、模拟、仿真的形式把数学形式再变成“模拟实物”来研究。这样，就能够“秀才不出门，遍知天下事”。实际上，在后面的课程里，不同专业的学生将面对不同的实际物理对象，而“模拟实物”的实验方式能够做到举一反三，我们就是用下列“模拟实物”——电路系统，替代各种实际物理对象。 （2）自动控制的根本是闭环，尽管有的系统不能直接感受到它的

闭环形式，如步进电机控制，专家系统等，从大局看，还是闭环。闭环控制能够带来想象不到的好处，本实验就是用开环和闭环在负载扰动下的实验数据，说明闭环控制效果。自动控制系统性能的优劣，其原因之一就是取决调节器的结构和算法的设计（本课程主要用串联调节、状态反馈），本实验为了简洁，采用单闭环、比例调节器K。经过实验证明：不同的K，对系性能产生不同的影响，以说明正确设计调节器算法的重要性。 （3）为了使实验有代表性，本实验采用三阶（高阶）系统。这样，当调节器K值过大时，控制系统会产生典型的现象——振荡。本实验也能够认为是一个真实的电压控制系统。 三、实验设备： THBDC-1实验平台 四、实验线路图： 五、实验步骤： （1）如图接线，建议使用运算放大器U8、U10、U9、U11、U13。

(完整word版)自动控制原理概念最全整理

1.在零初始条件下，线性定常系统输出量的拉普拉斯变换与输入量的拉普拉斯 变换值比，定义为线性定常系统的传递函数。传递函数表达了系统内在特性，只与系统的结构、参数有关，而与输入量或输入函数的形式无关。 2.一个一般控制系统由若干个典型环节构成，常用的典型环节有比例环节、惯 性环节、积分环节、微分环节、振荡环节和延迟环节等。 3.构成方框图的基本符号有四种，即信号线、比较点、方框和引出点。 4.环节串联后总的传递函数等于各个环节传递函数的乘积。环节并联后总的传 递函数是所有并联环节传递函数的代数和。 5.在使用梅森增益公式时，注意增益公式只能用在输入节点和输出节点之间。 6.上升时间tr、峰值时间tp和调整时间ts反应系统的快速性；而最大超调量 Mp和振荡次数则反应系统的平稳性。 7.稳定性是控制系统的重要性能，使系统正常工作的首要条件。控制理论用于 判别一个线性定常系统是否稳定提供了多种稳定判据有：代数判据（Routh 与Hurwitz判据）和Nyquist稳定判据。 8.系统稳定的充分必要条件是系统特征根的实部均小于零，或系统的特征根均 在跟平面的左半平面。 9.稳态误差与系统输入信号r(t)的形式有关，与系统的结构及参数有关。 10.系统只有在稳定的条件下计算稳态误差才有意义，所以应先判别系统的稳定 性。 11.Kp的大小反映了系统在阶跃输入下消除误差的能力，Kp越大，稳态误差越 小; Kv的大小反映了系统跟踪斜坡输入信号的能力，Kv越大，系统稳态误差越小； Ka的大小反映了系统跟踪加速度输入信号的能力，Ka越大，系统跟踪精度越高 12.扰动信号作用下产生的稳态误差essn除了与扰动信号的形式有关外，还与扰 动作用点之前（扰动点与误差点之间）的传递函数的结构及参数有关，但与扰动作用点之后的传递函数无关。 13.超调量仅与阻尼比ξ有关，ξ越大，Mp则越小，相应的平稳性越好。反之，

自控原理实验一(一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试)

成绩 北京航空航天大学 自动控制原理实验报告 学院 专业方向 班级 学号 学生姓名 指导教师 自动控制与测试教学实验中心

实验一 一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 实验时间 实验编号 同组同学 一、实验目的 1.了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系。 2.学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法。 3.学习阶跃响应的测试方法。 二、实验内容 1.建立一阶系统的电子模型，观测并记录不同时间常数T 时的跃响应曲线，测定其过渡过程时间T S 。 2.建立二阶系统的电子模型，观测并记录不同阻尼比ζ时的跃响应曲线，测定其超调量σ%及过渡过程时间T S 。 三、实验原理 1.一阶系统 系统传递函数为：(s)(s)(s)1 C K R Ts Φ= =+ 模拟运算电路如图1-1所示： 由图1-1得 2 12(s)(s)11 o i R U R K U R Cs Ts == ++ 在实验当中始终取R 2=R 1，则K=1,T=R 2 C U i U o 图1-1 一阶系统模拟电

取不同的时间常数T 分别为：0.25、0.5、1.0。 记录不同时间常数下阶跃响应曲线，测量并纪录其过渡过程时间T S ，将参数及指标填在表1-1内。 表 1-1一阶系统参数指标 S S 2.二阶系统 系统传递函数为：22 2 (s) (s)(s)2n n n C R s s ωζωωΦ==++。令n ω=1弧度/秒，则系统结构如图1-2所示： 根据结构图，建立的二阶系统模拟线路如图1-3所示： 取R 2C 1=1，R 3C 2=1则 442312R R C R ζ==，42 1 2R C ζ= R(s) C(s) 图1-2 二阶系统结构图 U o U i 图1-3 二阶系统模拟电路图

自动控制原理实验(全面)

自动控制原理实验 实验一 典型环节的电模拟及其阶跃响应分析 一、实验目的 ⑴ 熟悉典型环节的电模拟方法。 ⑵ 掌握参数变化对动态性能的影响。 二、实验设备 ⑴ CAE2000系统（主要使用模拟机，模/数转换，微机，打印机等）。 ⑵ 数字万用表。 三、实验内容 １．比例环节的模拟及其阶跃响应 微分方程 )()(t Kr t c -= 传递函数 = )(s G ) () (s R s C K -= 负号表示比例器的反相作用。模拟机排题图如图9-1所示，分别求取K=1，K=2时的阶跃响应曲线，并打印曲线。 图9-1 比例环节排题图 图9-2 积分环节排题图 ２．积分环节的模拟及其阶跃响应 微分方程 )() (t r dt t dc T = 传递函数 s K Ts s G ==1)( 模拟机排题图如图9-2所示，分别求取K=1，K=0.5时的阶跃响应曲线，并打印曲线。 ３．一阶惯性环节的模拟及其阶跃响应 微分方程 )()() (t Kr t c dt t dc T =+ 传递函数 1 )(+=TS K S G 模拟机排题图如图３所示，分别求取K=1, T=1; K=1, T=2; K=2, T=2 时的阶跃

响应曲线，并打印曲线。 ４．二阶系统的模拟及其阶跃响应 微分方程 )()() (2)(2 22 t r t c dt t dc T dt t c d T =++ξ 传递函数 121 )(22++=Ts s T s G ξ2 2 2 2n n n s s ωξωω++= 画出二阶环节模拟机排题图，并分别求取打印： ⑴ T=1，ξ=0.1、0.5、1时的阶跃响应曲线。 ⑵ T=2，ξ=0.5 时的阶跃响应曲线。 四、实验步骤 ⑴ 接通电源，用万用表将输入阶跃信号调整为2V 。 ⑵ 调整相应系数器；按排题图接线，不用的放大器切勿断开反馈回路（接线时，阶跃开关处于关断状态）；将输出信号接至数/模转换通道。 ⑶ 检查接线无误后，开启微机、打印机电源；进入CAE2000软件，组态A/D ，运行实时仿真；开启阶跃输入信号开关，显示、打印曲线。 五．实验预习 ⑴ 一、二阶系统的瞬态响应分析；模拟机的原理及使用方法（见本章附录）。 ⑵ 写出预习报告；画出二阶系统的模拟机排题图；在理论上估计各响应曲线。 六．实验报告 ⑴ 将每个环节的实验曲线分别整理在一个坐标系上，曲线起点在坐标原点上。分析各参数变化对其阶跃响应的影响，与估计的理论曲线进行比较，不符请分析原因。 ⑵ 由二阶环节的实验曲线求得σ﹪、t s 、t p ，与理论值进行比较，并分析σ﹪、t s 、t p 等和T 、ξ的关系。 实验二 随动系统的开环控制、闭环控制及稳定性 一．实验目的 了解开环控制系统、闭环控制系统的实际结构及工作状态；控制系统稳定的概念以及系统开环比例系数与系统稳定性的关系。 二．实验要求 能按实验内容正确连接实验线路，正确使用实验所用测试仪器，在教师指导下独立

自控原理

五．（8分） s 4+6s 2+8=(s 2+4)(s 2 +2)=0; s 2,1=±j2,s 4,3=±j 2； 系统临界稳定。 第四套 一、判断题（每题1分，共10分） 1.拉普拉斯变换的位移定理为L[f(t-τ0)=e -s F(τ0+S) ( × ) 2.在任意线性形式下L[af1(t)+bf2(t)]=aF1(s)+bF2(s) (√) 3.原函数为wt t f cos )(=.则象函数F （S ）=2 2W S S + (√) 4.G1(s)和G2（S ）为串联连接则等效后的结构为G1s ）. G2（S ）(√) 5.)(1)(t t r =则 S s R 1 )(= (√) 6.设初始条件全部为零. . )()(2t t X t X =+则)1(2)(2 t e t t X - --= (√) 7.一阶系统在单位阶跃响应下T p 3=δ (×) 8.二阶系统在单位阶跃信号作用下当0=ζ时系统输出为等幅振荡 (√) 9.劳斯判拒判断系统稳定的充分必要条件是劳斯方程各项系数大于零 (×) 10.稳态误差为)(.lim s E S e s ss ∞ →= (√) 第六套 二.试求下图的传第函数(8分) 4323213211G G G G G G G G G R c ++= ； （6分） （2分） （8分）

))((1)(11432221432H G G G G H G G G G G G R c +++++= 第九套 一.选择题（每题1分，共10分） 1. 反馈控制系统又称为（B ） A.开环控制系统 B ．闭环控制系统 B.扰动顺馈补偿系统 D ．输入顺馈补偿系统 2.位置随动系统的主反馈环节通常是（A ） A ．电压负反馈 B ．电流负反馈 C ．转速负反馈 D ．位置负反馈 3.如果典型二阶系统的单位阶跃响应为减幅振荡(又称阻尼振荡)，则其阻尼比（C ） A ．ξ<0 B ．ξ=0 C ．0<ξ<1 D ．ξ≥1 4.G(s)= 1/[(S+1)(S+2)(S+3)(S+4)]环节的对数相频特性的高频渐近线斜率为（D ） A ． -20dB B ．-40dB C ．-60dB D ． -80dB 5.某自控系统的开环传递函数G(s)= 1/[(S+1)(S+2)] ，则此系统为（A ） A ．稳定系统 B ．不稳定系统 C ．稳定边界系统 D ．条件稳定系统 6．若一系统的特征方程式为(s+1)2(s －2)2+3＝0，则此系统是（ C ） A ．稳定的 B ．临界稳定的 C ．不稳定的 D ．条件稳定的 7.下列性能指标中的( D )为系统的稳态指标。 A.σPB.ts C.N D.ess 8.下列系统中属于开环控制的为：( C ) A.自动跟踪雷达 B.数控加工中心 C.普通车床 D.家用空调器 9.RLC 串联电路构成的系统应为( D )环节。 A 比例 B.惯性 C.积分 D.振荡 10.输出信号与输入信号的相位差随频率变化的关系是(B )。 A.幅频特性 B.相频特性 C.传递函数 D.频率响应函数 第十套 一、选择题（每题1分，共10分） 1.利用奈奎斯特图可以分析闭环控制系统的（ A ） A.稳态性能 B.动态性能C.稳态和动态性能 D.抗扰性能 2.有一线性系统，其输入分别为u1(t)和u2(t)时，输出分别为y1(t)和y2(t)。当输入为a1u1(t)+a2u2(t)时(a1,a2为常数)，输出应为（B ） （7分）

自动控制原理第2章习题解

习 题 2 2-1 试证明图2-77(a)所示电气网络与图2 77(b)所示的机械系统具有相同的微分方程。 图2-77习题2-1图 证明：首先看题2-1图中(a) ()()()s U s U s U C R R -= ()()()()s U Cs R s CsU s U R s I R R R R ?? ? ??+=+= 11 ()()s I s C R s U C ???? ? ?+=221 ()()()[]s U s U s C R s C R s U C R C -??? ? ??+???? ??+=112211 ()()s U s C R s C R s U s C R s C R R C ???? ??+???? ??+=??????+???? ??+???? ? ?+112211221 1111 ()()()()()()s U R s C R s C s C R s U R s C R s C s C R R C 11122211122211111+?+=?? ????++?+ 2-2试分别写出图2-78中各有源网络的微分方程。 图2-78 习题2-2图 解： (a)()()()t u R t u R dt t du C o r r 211-=+ (b)()()()?? ????+-=t u R dt t du C t u R r o 2o 111

(c) ()()() ? ? ? ? ? ? + - =t u dt t du C R t u R r c c 2 1 1 2-3某弹簧的力一位移特性曲线如图2-79所示。在仅存在小扰动的情况下，当工作点分别为x0=-1.2，0，2.5时，试求弹簧在工作点附近的弹性系数。 解：由题中强调“仅存在小扰动”可知，这是一道非线性曲线线性化处理的问题。于是有，在x0=-1.2，0，2.5这三个点处对弹簧特性曲线做切线，切线的导数或斜率分别为： 1） () ()35.56 25 .2 80 5.1 75 .0 40 40 2.1 = = - - - - = - =x dx df 2）20 2 40 = - - = = x dx df 3）6 5.2 15 5.0 3 20 35 5.2 = = - - = = x dx df 2- 4图2-80是一个转速控制系统，其中电压u为输入量，负载转速ω为输出量。试写出该系统输入输出间的微分方程和传递函数。 解：根据系统传动机构图可列动态如下： ()()()t u K dt t di L t Ri r e = + +ω(1) i K T T em =(2) dt d J T i K T T L T L em ω = - = -(3)将方程(3)整理后得： dt d K J T K i T L T ω + = 1 (4)将方程(4)代入方程(1)后得： ()t u K dt d K LJ dt dT K L dt d K RJ T K R r e T L T T L T = + + + +ω ω ω 2 2 (5)

自控原理实验

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 2 1io α α -±=±=(在临界状态时: E R R R u R R R 2 11 0i 212+±=+) (7-1) 其中，2 11 R R R +=α。当0i i u u >时，二极管D 1（或D 2）导通，此时电路的输出电压 为 ))(1()(2 12 io i io i o u u u u R R R u --±=-+± =α 令)1(α-=k ，则上式变为 )(io i o u u k u -±= (7-2) 反之，当0i i u u ≤时，二极管D 1（或D 2）均不导通，电路的输出电压o u 为零。显然，该非 线性电路的特征参数为k 和io u 。只要调节α，就能实现改变k 和io u 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。 4. 具有间隙特性的非线性环节 间隙特性非线性环节的模拟电路图及静态特性如图7-4所示。 由图7-4可知，当E u i α α -< 1时，二极管D 1和D 2均不导通，电容C 1上没有电压，即U C （C 1两端的电压）=0，u 0=0；当E u i α α->1时，二极管D 2导通，u i 向C 1充电，其电压为 ))(1(io i o u u u --±=α 令)1(α-=k ，则上式变为 )(io i o u u k u -±=