【正文】 3 A5 S3,S10,S11 1 信號(hào)輸入 B1（ 0/+5V） → A2（ H1） 2 間隙 特性輸 入 A2（ OUT） → B5（ 非線性輸入 ） 3 間隙 特性輸 出 B5（ 非線性輸出 ） → A4（ H1） 4 運(yùn)放級(jí)聯(lián) A4（ OUT） →A 5（ H1） 5 負(fù)反饋 A5（ OUT） →A 2（ H2） 6 示波器聯(lián)接 A4（ OUT） →CH1 （送 Y 軸顯示） 7 A2（ OUT） →CH2 （送 X 軸顯示） 和頻率的穩(wěn)定振蕩，其振幅和頻率由系統(tǒng)本身的特性所決定；這種自振蕩只與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，與初始條件無(wú)關(guān)。 本實(shí)驗(yàn)把系統(tǒng)的誤差ｅ送入虛擬示波器的 CH2（水平軸），它的導(dǎo)數(shù) 送入示波 器的CH1（垂直軸），在示波器上顯示該系統(tǒng)的相平面圖。主要是用來(lái)分析無(wú)外作用的情況下，非線性控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和自振蕩問(wèn)題，它是一種頻域分 析法。 從特征方程 0)()(1 ?? ?jGAN ， － 1/ N(A) 稱(chēng)之為非線性特性的 負(fù)倒描述函數(shù) 。 圖 3431 繼電型非線性三階 控制 系統(tǒng)模擬電路 實(shí)驗(yàn)步驟 ： CH CH2 選‘ X1’檔！ （ 1）將信號(hào)發(fā)生器（ B1）中的階躍輸出 0/+5V作為系統(tǒng)的信號(hào)輸入 r(t)。 （ 3）構(gòu)造模擬電路：按圖 3431 安置短路套及測(cè)孔聯(lián)線，表如下。 ③ 然后再 選 用 XY 方式（這樣在示波器屏上可獲得 ee 相平面上的相軌跡曲線）觀察相軌跡，并 記錄系統(tǒng)在 ee 平面上的相軌跡；測(cè)量自激振蕩（極限環(huán)）的振幅和周期。 示波器輸入端 信號(hào)輸出端 CH1（ 選 X1檔） A5 單元的 OUT（ Y 軸顯示 ） CH2（ 選 X1檔） A1 單元的 OUT（ X 軸顯示） （ 4）運(yùn)行、觀察、記錄： ① 運(yùn)行 LABACT程序，選擇 自動(dòng)控制 菜單下的 非線性系統(tǒng)的相平面分析 下的 三階非線性系統(tǒng) 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 ， 彈出虛擬示波器界面，點(diǎn)擊 開(kāi)始 ， 即可使用虛擬示波器（ B3）單元的觀測(cè)波形。 調(diào)節(jié)非線性模塊 ： ① 在 顯示與功能選擇（ D1） 單元中，通過(guò)波形 選擇按鍵選中‘繼電特性 ’（ 繼電特性 指示燈亮）。如 G(jω )曲線與負(fù)倒描述函數(shù)－ 1/ N(A)相交，則非線性控制系統(tǒng)中存在著周期運(yùn)動(dòng)（極限環(huán)）它可以是穩(wěn)定的，也可以是不穩(wěn)定的。所以常見(jiàn)的描述函數(shù)僅是非線性環(huán)節(jié)輸入正弦波信號(hào)幅值 A 的函數(shù)，用 N（ A）來(lái)表示。 2． 用描述函數(shù)法分析非線性控制系統(tǒng) ⑴ 描述函數(shù)的定義 非線性環(huán)節(jié)的描述函數(shù)的定義為非線性環(huán)節(jié)的輸入正弦波信號(hào)與穩(wěn)態(tài)輸出的基波分量的復(fù)數(shù)比。 注：所得的振幅和頻率是非線性環(huán)節(jié)的 輸入信號(hào) 的振幅和頻率，而不是系統(tǒng)的輸出信號(hào)。 2． 了解和掌握用描述函數(shù)法分析非線性控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和自振蕩的原理。 示波器輸入端 信號(hào)輸出端 CH1（ 選 X1檔） A4 單元的 OUT（ Y 軸顯示） CH2（ 選 X1檔 A2 單元的 OUT（ X 軸顯示） （ 5）運(yùn)行、觀察、記錄： 運(yùn)行程序 同《 1． 繼電型非線性控制系統(tǒng) 》 。 ② 調(diào)節(jié)“設(shè)定電位器 2”，使之間隙寬度 = 1V（ D1 單元右 顯示） 。 飽和特性實(shí)驗(yàn)結(jié)果 4)．間隙型非線性 控制 系統(tǒng) 間隙型非線性控制系統(tǒng)模擬電路見(jiàn)圖 3423 所示。 ③ 調(diào)節(jié)“設(shè)定電位器 1”，使之斜率 = 2（ D1 單元左 顯示） 。 1 信號(hào)輸入 r(t) B1（ Y）→ A1（ H1） 2 運(yùn)放級(jí)聯(lián) A1（ OUT）→ A4（ H1） 3 聯(lián)接非線性 模塊 A4（ OUT）→ B5(非線性輸入 ) 4 B5(非線性輸出 )→ A3（ H1） 5 運(yùn)放級(jí)聯(lián) A3（ OUT）→ A5（ H1） 6 運(yùn)放級(jí)聯(lián) A5（ OUT）→ A6（ H1） 7 負(fù)反饋 A5（ OUT）→ A4（ H2） 8 負(fù)反饋 A6（ OUT）→ A1（ H2） 圖 3420 飽和型非線性控制系統(tǒng)模擬電路 實(shí)驗(yàn)步驟： CH CH2 選‘ X1’檔！ （ 1）同《 1． 繼電型非線性控制系統(tǒng) 》 聯(lián)線表。 （ a）安置短路套 （ b）測(cè)孔聯(lián)線 模塊號(hào) 跨接座號(hào) 1 A1 S4， S8 2 A3 S1， S6 3 A4 S2， S6 4 A5 S5， S7， S10 5 A6 S5， S11， S12 （ 4）虛擬示波器（ B3）的聯(lián)接： 觀察時(shí)要用虛擬示波器中的 XY選項(xiàng)。 （ 2）將函數(shù)發(fā)生器（ B5）單元的非線性模塊中的繼電特性作為系統(tǒng)特性控制。 ②按下信號(hào)發(fā)生器（ B1）階躍信號(hào)按鈕時(shí)（ +→ 0 階躍），先 選 用虛擬示波器（ B3）普通示波方式觀察 CH CH2 兩個(gè)通道所輸出的波形，盡量使之不要產(chǎn)生限幅現(xiàn)象。 ② 調(diào)節(jié)“設(shè)定電位器 1”，使之幅度 = （ D1 單元右 顯示） 。 本實(shí) 驗(yàn)把系統(tǒng)的誤差ｅ送入虛擬示波器的 CH2（水平軸），它的導(dǎo)數(shù) 送入示波器的CH1（垂直軸），在示波器上顯示該系統(tǒng)的相平面圖。 相平面法也是一種時(shí)域分析法。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 二階非線性控制系統(tǒng) 一．實(shí)驗(yàn)要求 1． 了解非線性控制系統(tǒng)的基本概念。 ② 測(cè)孔聯(lián)線： 信號(hào)發(fā)生器（ B1） 函 數(shù)發(fā)生器 (B5) 示波器輸入端 (B3) 幅度控制電位器（ Y） 非線性輸入（ IN） CH1（送 Y 軸顯示） 非線性輸出（ OUT） CH2（送 X 軸顯示） ③ 觀察函 數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的 間隙特性： 觀察時(shí)要用虛擬示波器中的 XY選項(xiàng) 慢慢調(diào)節(jié)輸入電壓（即調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器 B1單元的電位器，調(diào)節(jié)范圍 5V~+5V），觀測(cè)并記錄示波器上的 U0~Ui圖形。 圖 348 間隙特性的模擬電路 ① 構(gòu)造模擬電路：按圖 348 安置短路套及測(cè)孔聯(lián)線，表如下。 ② 測(cè)孔聯(lián)線： 信號(hào)發(fā)生器（ B1） 函 數(shù)發(fā)生器（ B5） 示波器輸入端 (B3) 幅度控制電位器（ Y） B5（非線性輸入） CH2（送 X 軸顯示） B5（非線性輸出） CH1（送 Y 軸顯示） ③ 觀察函 數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的 死區(qū)特性： 觀察時(shí)要用虛擬示波器中的 XY選項(xiàng) 慢慢調(diào)節(jié)輸入電壓（即調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器 B1單元的電位器，調(diào)節(jié)范圍 5V~+5V），觀測(cè)并記錄示波器上的 U0~Ui圖形。 （ 2）模擬電路 產(chǎn)生的 死區(qū)特性 死區(qū)特性模擬電路見(jiàn)圖 347。 （ 3）函 數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的 飽和特性 ① 函 數(shù)發(fā)生器的 波形選擇 為‘飽和’特性；調(diào)節(jié)“設(shè)定電位器 1”，使 數(shù)碼管 左 顯示斜率為 2； 調(diào)節(jié)“設(shè)定電位器 2”，使 數(shù)碼管 右 顯示限幅值為 。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果： 2)．測(cè)量飽和特性 實(shí)驗(yàn)步驟： CH CH2 選‘ X1’檔！ （ 1）將信號(hào)發(fā)生器（ B1）的幅度控制電位器中心 Y 測(cè)孔，作為系統(tǒng)的 5V~+5V輸入信號(hào)（ Ui）： B1 單元中的電位器左邊 K3 開(kāi)關(guān)撥上（ 5V），右邊 K4 開(kāi)關(guān)也撥上（ +5V）。 （ a）安置短路套