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自动控制原理学生实验:非线性系统的相平面分析

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非线性系统的相平面分析 实验一 典型非线性环节 一.实验要求 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。 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 ~ 图 3-4-8 所示。 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3.7V。 实验步骤: ( 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 A3 S1, S12 2 A6 S2, S6 ② 观察模拟电路产生的继电特性:观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,如下图: 由图得M=3.77V ( 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’,调节“设定电位器1”,使数码管右显示继电限幅值为3.7V。 ② 测孔联线: 信号发生器(B1) 函数发生器(B5) 示波器输入端(B3) 幅度控制电位器(Y) → B5(非线性输入)→ CH2(送X 轴显示) B5(非线性输出)→ CH1(送Y 轴显示) ③ 观察函数发生器产生的继电特性:观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。实验结果如下 1 信号输入 B1( Y) →A3( H1) 2 运放级联 A3( OUT) →A6( H1) 3 示波器联接 A6( OUT) →CH1(送Y 轴显示) 4 A3( H1) →CH2(送X 轴显示) 实验二 二阶非线性控制系统 一.实验要求 1. 了解非线性控制系统的基本概念。...

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