自控原理实验8Word文档格式.docx
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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(RX/R1)决定的,调节可变电位器RX的阻值,就能很方便的改变M值的大小。
输入ui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)。
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D1(或D2)导通时的临界电压Uio为
(在临界状态时:
)(7-1)
其中,
。
当
时,二极管D1(或D2)导通,此时电路的输出电压为
令
,则上式变为
(7-2)
反之,当
时,二极管D1(或D2)均不导通,电路的输出电压
为零。
显然,该非
线性电路的特征参数为
和
只要调节
,就能实现改变
的大小。
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
时,二极管D1和D2均不导通,电容C1上没有电压,即UC(C1两端的电压)=0,u0=0;
时,二极管D2导通,ui向C1充电,其电压为
图7-4间隙特性非线性环节的模拟电路及其静态特性
时,
开始减小,由于D1和D2都处于截止状态,电容C1端电压保持不变,此时C1上的端电压和电路的输出电压分别为
时,二极管D1处于临界导通状态,若
继续减小,则二极管D1导通,此时C1放电,UC和U0都将随着
减小而下降,即
时,电容C1放电完毕,输出电压
同理,可分析当
向负方向变化时的情况。
在实验中,主要改变
值,就可改变
的值。
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。
五、实验步骤
1.继电器型非线性环节
图8-5继电型非线性环节模拟电路
在ui输入端输入一个低频率的正弦波,正弦波的Vp-Vp值为16V,频率为10Hz。
在下列几种情况下用示波器的X-Y显示方式(ui端接至示波器的第一通道,uo端接至示波器的第二通道)测量静态特性M值的大小并记录。
1.1当47K可调电位器调节至约1.8K(M=1)时;
模拟电路图
波形图
注意选择示波器显示通道的选择,此处选择B/A
理论值M=1实际值M=1.04符合
1.2当47K可调电位器调节至约3.6K(M=2)时;
波形图
理论值M=2实际值M=2.08
1.3当47K可调电位器调节至约5.4K(M=3)时;
理论值M=3实际值M=3.121
1.4当47K可调电位器调节至约10K(M=6左右)时;
理论值M=6实际值M=5.796
2.饱和型非线性环节
图7-6饱和型非线性环节模拟电路
将前一级运放中的电位器值调至10K(此时k=1),然后在下列几种情况下用示波器的X-Y显示方式(ui端接至示波器的第一通道,uo端接至示波器的第二通道)测量静态特性M和k值的大小并记录。
2.1当后一级运放中的电位器值调至约1.8K(M=1)时;
理论值M=1实际值M=1.032
2.2当后一级运放中的电位器值调至约3.6K(M=2)时;
理论值M=2实际值M=2.06
2.3当后一级运放中的电位器值调至约5.4K(M=3)时;
模拟电路图
理论值M=3实际值M=3.09
2.4当后一级运放中的电位器值调至约10K时;
理论值M=6实际值M=5.755
3.死区特性非线性环节
图7-7死区特性非线性环节模拟电路
在下列几种情况下用示波器的X-Y显示方式(ui端接至示波器的第一通道,uo端接至示波器的第二通道)测量静态特性uio和k值的大小并记录。
3.1调节两个可变电位器,当两个R1=2.0K,R2=8.0K时;
理论值Uio=1.25VK=0.8实际值Uio=
3.2调节两个可变电位器,当两个R1=2.5K,R2=7.5K时;
3.3调节两个可变电位器,当两个R1=3.3K,R2=6.6K时;
注:
本实验的±
E值也可采用±
5V。
4.具有间隙特性非线性环节
图7-8间隙特性非线性环节模拟电路
4.1调节两个可变电位器,当两个R1=2.0K,R2=8.0K时;
4.2调节两个可变电位器,当两个R1=2.5K,R2=7.5K时;
4.3调节两个可变电位器,当两个R1=3.3K,R2=6.6K时;
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。
六、实验思考题
1.模拟继电型电路的特性与理想特性有何不同?
为什么?
在ui的值在零附近一个较小的范围内变化时,模拟继电型电路的理想特性是uo随ui极性跃变成+M或者-M;
但是在试验中可以看出在这个小范围内uo与ui呈线性关系,当ui增大时,逐渐变为非线性。
这是因为当ui值很小时,双向稳压管虽已导通但并未立即进入饱和状态,此时其相当于一个电阻,因而uo与ui呈线性关系,但当ui逐渐增大时,双向稳压管也逐渐进入饱和状态,故uo与ui呈现非线性关系。
2.死区非线性环节中二极管的临界导通电压Uio是如何确定的?