实验八 非线性控制系统分析

1、吉林大学珠海学院机电工程系内部使用教材控制系统分析与设计（一）实验指导与报告谭颖琦 徐杭编姓名： 学号： 2011 年 2 月1前 言本书是控制系统分析与设计（一） 这门课程的配套实验指导书。该实验指导书侧重于培养学生将理论知识应用于实践的动手能力，力求通过开设的实验，使学生更好地理解和掌握控制系统分析的基本知识、原理和方法。本书基于 TKKL-4 型控制理论 /计算机控制技术实验箱设计了三个实验，共安排 8 学时。第一个实验是控制系统典型环节的模拟实验，4 学时，本实验主要是使学生掌握控制系统典型环节的分析与设计的方法；。

2、7 非线性系统的分析,教学内容： 7-1 非线性控制系统概述 7-2 描述函数法 7-3 相平面法,7非线性系统的分析,学习重点 ： 了解非线性系统的特点，掌握非线性系统与线性系统的本质区别； 了解典型非线性环节的特点； 理解描述函数的基本概念，掌握描述函数的计算方法； 掌握分析非线性系统的近似方法描述函数法，能够应用描述函数法分析非线性系统的稳定性。,7非线性系统的分析,7-1非线性控制系统概述,7-1 非线性控制系统概述,包含一个或一个以上非线性元件或环节的系统为非线性系统。 实际上自动控制系统的各个环节不可避免的带有某种程度的。

3、1引言 第七章非线性控制系统分析 非线性 指元件或环节的静特性不是按线性规律变化 非线性系统 如果一个控制系统 包含一个或一个以上具有非线性静特性的元件或环节 则称这类系统为非线性系统 其特性不能用线性微分方程来描述 一 控制系统中的典型非线性特性下面介绍的这些特性中 一些是组成控制系统的元件所固有的 如饱和特性 死区特性和滞环特性等 这些特性一般来说对控制系统的性能是不利的 另一些特性则是为了改。

4、1 引言,第七章 非线性控制系统分析,非线性：指元件或环节的静特性不是按线性规律变化。,非线性系统：如果一个控制系统，包含一个或一个以上具有非线性静特性的元件或环节，则称这类系统为非线性系统，其特性不能用线性微分方程来描述。,一控制系统中的典型非线性特性 下面介绍的这些特性中，一些是组成控制系统的元件所固有的，如饱和特性，死区特性和滞环特性等，这些特性一般来说对控制系统的性能是不利的；另一些特性。

5、第七章 非线性控制系统分析,7-1非线性控制系统概述以前讨论的自动控制理论, 都是针对线性控制系统的 所以也叫线性自动控制理论. 所谓线性控制系统是指系统 中所有环节的输入输出都呈线性关系, 若有的环节所具有 的非线性特性不很强烈, 且可对其线性化, 则也可当作线 性环节处理. 但如此处理后, 应使对系统的分析和设计的 精度满足工程上的要求. 系统中只要有一个环节的非线性 特性很强烈, 对其线性化将影响对系统分析和设计的精度 或者非线性环节属本质非线性无法对其线性化, 则只能用 非线性理论对系统进行分析和设计.在工程实际中, 大多。

6、,倪建军 njjcumt163.com,河海大学计算机及信息工程学院 江苏常州 213022,Modern Control Theory,现代控制理论,本章主要内容,第8章 非线性控制系统分析,8.1非线性控制系统概述 8.2 常见非线性特性及其对系统运动的影响 8.3 相平面法 8.4 描述函数法,本章重点1了解非线性控制系统与线性控制系统最重要的区别；2了解非线性控制系统的相平面分析法（奇点类型、相轨迹、稳定性）；3掌握非线性控制系统的描述函数分析法（稳定性、自振荡、振幅和频率）；本章难点1相轨迹的绘制；2自振荡振幅和频率的确定。,8-1 非线性控制系统概述,非线性（nonli。

7、第八章 非线性控制系统分析习题与解答7-1 三个非线性系统的非线性环节一样，线性部分分别为(1) (2) Gs()21Gs().)10(3) s(25试问用描述函数法分析时，哪个系统分析的准确度高？解 线性部分低通滤波特性越好，描述函数法分析结果的准确程度越高。分别作出三个系统线性部分的对数幅频特性曲线如图所示。由对数幅频特性曲线可见，L 2的高频段衰减较快，低通滤波特性较好，所以系统（2）的描述函数法分析结果的准确程度较高。7-2 将图示非线性系统简化成环节串联的典型结构图形式，并写出线性部分的传递函数。解 (a) 将系统结构图等效变换为图 。

8、52第八章 非线性控制系统分析l、基本内容和要求（l）非线性系统的基本概念非线性系统的定义。本质非线性和非本质非线性。典型非线性特性。非线性系统的特点。两种分析非线性系统的方法描述函数法和相平面法。（2）谐波线性化与描述函数描述函数法是在一定条件下用频率特性分析非线性系统的一种近似方法。谐波线性化的概念。描述函数定义和求取方法。描述函数法的适用条件。（3）典型非线性特性的描述函数（4）用描述函数分析非线性系统非线性系统的一般结构。借用奈氏判据的概念建立在奈氏图上判别非线性反馈系统稳定性的方法，非线性稳定。

9、第八章 非线性控制系统分析,自动化学院. 陈明杰 Dec. 2008,发电机激磁曲线,例：,小偏差线性化法或者切线法,非线性控制系统问题的引出,一、非线性控制的概念,非线性控制系统：当系统中含有一个或多个具有非线性特性的元件时，该系统称为非线性控制系统。,非线性特性：指系统中某些元件的输入输出关系不是按线性规律变化。,8-1 非线性系统概述（P386）,1.饱和特性,a 线性域宽度,k 线性域斜率,符号函数(开关函数),二、典型非线性特性P389,其中，,饱和特性将使系统在大信号作用下的等效开环增 益减小，降低稳态精度，但提高相对稳定性；在有些。

10、MATLAB与控制系统仿真实践， 北京航空航天大学出版社，2009.8. 在线交流，有问必答,MATLAB 与控制系统仿真实践,第16章 非线性控制系统分析,MATLAB与控制系统仿真实践， 北京航空航天大学出版社，2009.8. 在线交流，有问必答,主要内容,原理要点 非线性系统概述 相平面法 描述平面法,原理要点 非线性系统的研究方法由于系统的复杂性和多样性而成为控制界的研究热点，从而产生了很多理论方法。比较基本的有李雅普诺夫第二法，小范围线性近似法，描述函数法，相平面法，计算机仿真等等。,MATLAB与控制系统仿真实践， 北京航空航天大学出版社，。

11、1,本章要求 :本章不会要求画图（据老师说），但是会要求分析。,第八章、非线性控制系统分析,2,例：某弹簧质量运动系统如图所示，图中 为物体的质量，为弹簧的弹性系数，若初始条件为 ，试确定系统自由运动的相轨迹。 解：描述系统自由运动的微分方程式为将上式写为 令 ，则有,三、相平面法（5）,3,整理后得该系统自由运动的相轨迹为以坐标原点为圆心、 为半径的圆，见下图。,三、相平面法（6）,4,2、相轨迹绘制的等倾线法 等倾线法是求取相轨迹的一种作图方法，不需求解微 分方程。对于求解困难的非线性微分方程，图解方法显得 尤为实用。。

12、第7章非线性控制系统分析 描述函数法 相平面法 引言 1引言 非线性 指元件或环节的静特性不是按线性规律变化 非线性系统 如果一个控制系统 包含一个或一个以上具有非线性静特性的元件或环节 则称这类系统为非线性系统 其特性不能用线性微分方程来。

13、MATLAB 与控制系统仿真实践,第16章 非线性控制系统分析,主要内容,原理要点 非线性系统概述 相平面法 描述平面法,原理要点 非线性系统的研究方法由于系统的复杂性和多样性而成为控制界的研究热点，从而产生了很多理论方法。比较基本的有李雅普诺夫第二法，小范围线性近似法，描述函数法，相平面法，计算机仿真等等。,1. 典型的非线性特性 典型的非线性特性有死区非线性、饱和非线性、间隙非线性、继电非线性等。Simulink给出了部分非线性特性模块。用户也可以自行构建非线性特性模块。 2. 非线性控制系统 含有非线性元件或环节的控制系统称。

14、资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。 第八章非线性控制系统分析 教学目的 : 经过学习本章 ,使学生掌握秒素函数法与相平面法分析非线性系统的理论 基础与应用。 教学要求 : (1)认识非线性系统区别于线性系统的运动过程特点. (2) 掌握描述函数法和相平面法的特点及应用范围 . (3) 明确函数的定义及相关概念 , 熟悉典型非线性的妙描述和负倒描述函数 。

15、实验八 非线性控制系统分析【实验目的】1. 掌握二阶系统的奇点在不同平衡点的性质。2. 运用 Simulink 构造非线性系统结构图。3. 利用 Matlab 绘制负倒描述函数曲线，运用非线性系统稳定判据进行稳定性分析，同时分析交点处系统的运动状态，确定自振点。【实验原理】1. 相平面分析法相平面法是用图解法求解一般二阶非线性系统的精确方法。它不仅能给出系统稳定性信息和时间特性信息，还能给出系统运动轨迹的清晰图像。设描述二阶系统自由运动的线性微分方程为分别取 和 为相平面的横坐标与纵坐标，并将上列方程改写成上式代表描述二阶系统。