西北工业大学：《自动控制原理》课程教学资源（实验指导）实验九 非线性系统的相平面法分析

实验九非线性系统的相平面法分析 一.实验目的 上.掌握相平面法分析非线性系统： 2.用相平面法分析非线性二阶系统，并绘制相轨迹图： 二.实验内容 1.搭建继电型非线性二阶系统 观测并绘制其相轨迹图 2.搭建带速度反馈的继电型非线性二阶系统，观测并绘制其相轨迹图： 3.搭建饱和型非线性二阶系统，观测并绘制其相轨迹图。 三.实验步骤 在实验中观测实验结果时，可选用普通示波器，也可选用本实验台上的虚拟示波器 如果选用虚拟示波器，只要运行ACES程序，选择菜单列表中的相应实验项目，再选择 开始实验，就会打开虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验台上的虚拟示波器CH1、 CH2两通道观察被测波形。具体用法参见用户手册中的示波器部分。 1,继电型非线性二阶系统 实验中所用到的功能区域： 阶跃信号、虚拟示波器、实脸电路A1、A2、A3、A5、A6。 继电型非线性二阶系统模拟电路如图1-9-1所示 R510R 1.0UF A6 + 500g 图1-9-1继电型非线性二阶系统模拟电路 (1)设置阶跃信号源： A.将阶跃信号区的选择开关拨至“0一5V”: B.将阶跃信号区的“0~5V”端子与实验电路A1的“IN11”端子相连接： C.按压阶跃信号区的红色开关按钮就可以在“0~5V”端子产生阶跃信号。 (2)搭建继电型非线性二阶系统模拟电路： A.将实验电路A1的“OUT1”端子与实验电路A3的“IN31”端子相连接，将 A3的“OUT”与A6的“IN62”端 子相连接，A6的“OUT6”与 A2的“IN23” 端子相连接，A2的“OUT2”与A5的“N52”相连接，将A5的“OUT5 与A1的“IN13”端子相连接： B.按照图1-9-1选择拨动开关：

实验九 非线性系统的相平面法分析 一．实验目的 1．掌握相平面法分析非线性系统； 2．用相平面法分析非线性二阶系统，并绘制相轨迹图； 二．实验内容 1．搭建继电型非线性二阶系统，观测并绘制其相轨迹图； 2．搭建带速度反馈的继电型非线性二阶系统，观测并绘制其相轨迹图； 3．搭建饱和型非线性二阶系统，观测并绘制其相轨迹图。 三．实验步骤 在实验中观测实验结果时，可选用普通示波器，也可选用本实验台上的虚拟示波器。 如果选用虚拟示波器，只要运行 ACES 程序，选择菜单列表中的相应实验项目，再选择 开始实验，就会打开虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验台上的虚拟示波器 CH1、 CH2 两通道观察被测波形。具体用法参见用户手册中的示波器部分。 1．继电型非线性二阶系统 实验中所用到的功能区域： 阶跃信号、虚拟示波器、实验电路 A1、A2、A3、A5、A6。 继电型非线性二阶系统模拟电路如图 1-9-1 所示 图 1-9-1 继电型非线性二阶系统模拟电路 （1） 设置阶跃信号源： A．将阶跃信号区的选择开关拨至“0～5V”； B．将阶跃信号区的“0～5V”端子与实验电路 A1 的“IN11”端子相连接； C．按压阶跃信号区的红色开关按钮就可以在“0～5V”端子产生阶跃信号。 （2） 搭建继电型非线性二阶系统模拟电路： A．将实验电路 A1 的“OUT1”端子与实验电路 A3 的“IN31”端子相连接，将 A3 的“OUT3”与 A6 的“IN62”端子相连接，A6 的“OUT6”与 A2 的“IN23” 端子相连接，A2 的“OUT2”与 A5 的“IN52”相连接，将 A5 的“OUT5” 与 A1 的“IN13”端子相连接； B．按照图 1-9-1 选择拨动开关：

图中：R1=200K、R2=100K、R3=200K、R4=10K、R5=10K、R6=10K R7=100K、R8=500K、R9=500K、C1=1.0uF、C2=2.0uF、D1、D2为4.7N稳 将A1的S3、S6、S13,A3的S1、S15,A6的S5、S11,A2的S7、S8、S14, A5的S4、S10拨至开位置： (3)连接虚拟示波器： 将A5的“OUT5”与示波器通道CHl相连接， A的“0Tm”上与示波驱 通道CH2相连接 ,将示波器的显 格式改为 型， 显示时间改为“ 秒 (4) 输入阶跃信号，记录在示波器屏幕上显现的继电型非线性二阶系统的相轨迹曲 线。 2.带速度反馈的继电型非线性二阶系统 实验中所用到的功能区域 阶跃信号 虚拟示波器 实验电路AL、A2、A3、A5、A6 带速度反馈的继电型非线性二阶系统模拟电路如图1-9-2所示 R100R R路00X 51 A3 下、A6 A2 Uo 20UE 图192带速度反馈的继电型非线性二阶系统模拟电路 (1)设置阶跃信号源： A.将阶跃信号区的选择开关拨至“0~5V” B.将阶跃信号区的“0一5V”端子与实验电路A1的“IN11”端子相连接 C.按压阶跃信号区的红色开关按钮就可以在“0~一5V”端子产生阶跃信号。 (2)搭建带速度反馈的继电型非线性二阶系统模拟电路： A.将实验电路A1的“OUT1”端子与实验电路A3的“IN31”端子相连接，将 A3的“OUT”与A6的“IN62”端子相连接，A6的“OUT6”与A2的“IN23” 端子相连接，A2的“OUT2”与A3的“IN33”相连接 A2的“0UT2”与 A5的“IN52”相连接，将A5的“OUT5”与A1的“N13”端子相连接 B.按照图1-9-2选择拨动开关： 图中：R1=200K、R2=100K、R3=200K、R4=10K、R5=10K、R6=10K R7=100K、R8=500K、R9=500K、R10=100K、C1=.0uF、C2=2.0uF、D1 D2为4.7V稳压管 将A1的S3、S6、S13,A3的S1、S7、S15,A6的S5、S1,A2的S7、S8、 S14,A5的S4、S10拨至开位置： (3)连接虚拟示波器： 将A5的“OUT5”与示波器通道CH1相连接，A2的“OUT2”与示波器

1 图中：R1=200K、R2=100K、R3=200K、R4=10K、R5＝10K、R6=10K、 R7=100K、R8=500K、R9=500K、C1=1.0uF、C2=2.0uF、D1、D2 为 4.7V 稳 压管。 将 A1 的 S3、S6、S13，A3 的 S1、S15，A6 的 S5、S11，A2 的 S7、S8、S14， A5 的 S4、S10 拨至开位置； （3） 连接虚拟示波器： 将 A5 的“OUT5”与示波器通道 CH1 相连接， A2 的“OUT2”与示波器 通道 CH2 相连接，将示波器的显示格式改为“XY”型，显示时间改为“5 秒”。 （4） 输入阶跃信号，记录在示波器屏幕上显现的继电型非线性二阶系统的相轨迹曲 线。 2．带速度反馈的继电型非线性二阶系统 实验中所用到的功能区域： 阶跃信号、虚拟示波器、实验电路 A1、A2、A3、A5、A6。 带速度反馈的继电型非线性二阶系统模拟电路如图 1-9-2 所示 图 1-9-2 带速度反馈的继电型非线性二阶系统模拟电路 （1） 设置阶跃信号源： A．将阶跃信号区的选择开关拨至“0～5V”； B．将阶跃信号区的“0～5V”端子与实验电路 A1 的“IN11”端子相连接； C．按压阶跃信号区的红色开关按钮就可以在“0～5V”端子产生阶跃信号。 （2） 搭建带速度反馈的继电型非线性二阶系统模拟电路： A．将实验电路 A1 的“OUT1”端子与实验电路 A3 的“IN31”端子相连接，将 A3 的“OUT3”与 A6 的“IN62”端子相连接，A6 的“OUT6”与 A2 的“IN23” 端子相连接，A2 的“OUT2”与 A3 的“IN33”相连接，A2 的“OUT2”与 A5 的“IN52”相连接，将 A5 的“OUT5”与 A1 的“IN13”端子相连接； B．按照图 1-9-2 选择拨动开关： 图中：R1=200K、R2=100K、R3=200K、R4=10K、R5＝10K、R6=10K、 R7=100K、R8=500K、R9=500K、R10=100K、C1=1.0uF、C2=2.0uF、D1、 D2 为 4.7V 稳压管。 将 A1 的 S3、S6、S13，A3 的 S1、S7、S15，A6 的 S5、S11，A2 的 S7、S8、 S14，A5 的 S4、S10 拨至开位置； （3） 连接虚拟示波器： 将 A5 的“OUT5”与示波器通道 CH1 相连接， A2 的“OUT2”与示波器

通道C2相连接，将示波器的显示格式改为“XY”型，显示时间改为“5秒”。 (4)输入阶跃信号，记录在示波器屏幕上显现的带速度反馈的继电型非线性二阶系统 相轨迹曲线 3.饱和型非线性二阶系统 实验中所用到的功能区域： 阶跃信号、虚拟示波器、实验电路A1、A2、A3、A5、A6。 饱和型非线性二阶系统模拟电路如图1-93所示 R8500K 0入 A3 20uE1 00K 图1-9-3饱和型非线性二阶系统模拟电路 (1)设置阶跃信号源： A.将阶跃信号区的选择开关拨至“0~5V”: B.将阶跃信号风的“0一5V”瑞子与实验电路A1的“IN11”端子相连接 C.按压阶跃信号区的红色开关按钮就可以在“0一V”端子产生阶跃信号。 (2) 搭建饱和型非线性二阶系统模拟电路 A.将实验电路A1的“OUT1”端子与实验电路A3的“IN31”端子相连接，将 A3的“OUT3”与A6的“IN62”端子相连接，A6的“OUT6”与A2的“IN23 端子相连接，A2的“OUT2”与A5的“IN52”相连接，将A5的“OUT5” 与A1的“N13”端子相连接： B.按照图1-9-2选择拨动开关： 图中：R1=200K、R2=100K、R3=200K、R4=10K、R5=10K、R6=10K、 R7=100K、R8=500K、R9=500K、R10=10K、C1=1.0uF、C2=2.0uF、D1、D2 为4.7V稳压管。 将A1的S3、S6、S13,A3的S1、S7、S15,A6的S5、S11、S13,A2的 S7、S8、S14,A5的S4、S10拨至开位置： (3)连接虚拟示波器 将A5的“OUT5”与示波器通道CH1相连接，A2的“OUT2”与示波器 通道CH2相连接，将示波器的显示格式改为“XY”型，显示时间改为“5秒”。 (4)输入阶跃信号，记录在示波器屏幕上显现的饱和型非线性二阶系统相轨迹曲线

2 通道 CH2 相连接，将示波器的显示格式改为“XY”型，显示时间改为“5 秒”。 （4） 输入阶跃信号，记录在示波器屏幕上显现的带速度反馈的继电型非线性二阶系统 相轨迹曲线。 3．饱和型非线性二阶系统 实验中所用到的功能区域： 阶跃信号、虚拟示波器、实验电路 A1、A2、A3、A5、A6。 饱和型非线性二阶系统模拟电路如图 1-9-3 所示 图 1-9-3 饱和型非线性二阶系统模拟电路 （1） 设置阶跃信号源： A．将阶跃信号区的选择开关拨至“0～5V”； B．将阶跃信号区的“0～5V”端子与实验电路 A1 的“IN11”端子相连接； C．按压阶跃信号区的红色开关按钮就可以在“0～5V”端子产生阶跃信号。 （2） 搭建饱和型非线性二阶系统模拟电路： A．将实验电路 A1 的“OUT1”端子与实验电路 A3 的“IN31”端子相连接，将 A3 的“OUT3”与 A6 的“IN62”端子相连接，A6 的“OUT6”与 A2 的“IN23” 端子相连接，A2 的“OUT2”与 A5 的“IN52”相连接，将 A5 的“OUT5” 与 A1 的“IN13”端子相连接； B．按照图 1-9-2 选择拨动开关： 图中：R1=200K、R2=100K、R3=200K、R4=10K、R5＝10K、R6=10K、 R7=100K、R8=500K、R9=500K、R10=10K、C1=1.0uF、C2=2.0uF、D1、D2 为 4.7V 稳压管。 将 A1 的 S3、S6、S13，A3 的 S1、S7、S15，A6 的 S5、S11、S13，A2 的 S7、S8、S14，A5 的 S4、S10 拨至开位置； （3） 连接虚拟示波器： 将 A5 的“OUT5”与示波器通道 CH1 相连接， A2 的“OUT2”与示波器 通道 CH2 相连接，将示波器的显示格式改为“XY”型，显示时间改为“5 秒”。 （4） 输入阶跃信号，记录在示波器屏幕上显现的饱和型非线性二阶系统相轨迹曲线

四.实验结果 根据实验结果绘制下列图形 典型环节非线性 观测的实际相轨迹曲线 继电型非线性 二阶系统 二阶系统 饱和型非线性 二阶系统

3 四．实验结果 根据实验结果绘制下列图形： 典型环节非线性 观测的实际相轨迹曲线 继电型非线性 二阶系统 带速度反馈的 继电型非线性 二阶系统 饱和型非线性 二阶系统