《自动控制原理(本)》 课件 第七章 非线性系统的分析.pptx

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第七章非线性系统的分析

7.1非线性系统的基本概念

7.2常见典型非线性特性

7.3描述函数法

7.4相平面法

7.5基于MATLAB的非线性系统分析

7.1非线性系统的基本概念

非线性系统:叠加原理不再适用,不存在统一的处理方法

多数非线性系统可以通过微偏线性化转化为线性系统.

存在难于线性近似的非线性系统(如饱和、死区)

严格地说,阻尼力与运动速度的关系是很复杂的,不过,影响阻尼力的众多因素中,与速度成正比的粘滞摩擦阻尼是主要的。

在构成系统的环节中有一个或一个以上的非线性特性时,即称此系统为非线性系统。

03

非线性系统的主要特点

1.系统的稳定性

线性系统的稳定性和零输入响应的性质只取决于系统的结构、参数,而和系统的初始状态无关。

非线性系统的稳定性和零输入响应的性质不仅取决于系统的结构、参数,而且与系统的初始状态有关。

2.系统的自持振荡

线性系统只有两种基本运动形式:发散(不稳定)和收敛(稳定)。

非线性系统除了发散和收敛两种运动形式外,即使无外界作用,也可能会发生自持振荡。

解:

7.2常见典型非线性特性

饱和非线性(Saturation)

死区非线性(Deadzone)

思考:对闭环控制的静态误差、响应时间、超调等有什么影响?

继电器非线性

导致系统响应迟钝

导致振荡

间隙非线性

对输入有延迟作用

可能导致振荡

7.3描述函数法

基波与谐波

非线性环节的稳态输出中除基波还包含高次谐波:

由于高次谐波分量大多较小,因此可只保留输出中起主导作用的基波分量,近似为“线性系统”。

01

描述函数是非线性特性的一种近似表示,是一种谐波线性化方法,忽略非线性环节输出中的高次谐波,用基波分量表示其输出。

01

非线性系统的特征方程为

01

将非线性相对描述函数的负倒幅特性和线性部分的极坐标图绘制在一个复平面中,根据二者的相对位置可分析非线性系统的稳定性。

一、非线性系统稳定

01

二、非线性系统不稳定

三、非线性系统产生自持振荡

先定性分析、后定量计算!

线性部分的频率特性为

求与负实轴的交点

7.4相平面法

7.5基于MATLAB的非线性系统分析

用Matlab求解非线性系统

本章思考题:

非线性系统不同于线性系统的主要特点有哪些?

如何理解描述函数是非线性特性的一种近似表示,是一种谐波线性化方法?

自持振荡受到扰动后能恢复到原来的平衡点吗?

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