自动控制原理7.2-典型非线性环节及其对系统的影响

§7-2典型非线性环节及其对系统的影响

与前述典型环节类似，进行统一归类；非线性系

统的非线性特性各式各样，但归为两类：1）单值非线性特性：输入与输出有单一的对应关系；2）非单值非线性特性：对应同一个输入值，输出的

取值非唯一。

按非线性环节的物理性能及非线性特性的形状可

分为饱和、死区、间隙、继电及变放大系数特性

等。一．死区（不灵敏区）特性：

x1、实际中具有死区特性的

元部件：1）测量、放大元件：输入

信号在零值附近的某一

小范围内，输出等于零；只有当输入信号大于

此信号范围时，才有输出，如敏感元件。2）执行机构：接受到信号后不能马上动作，只有

当输入信号大到一定数值后才动作，如电动机。2、特点：使系统产生稳态误差（测量元件尤为明

显），执行机构的死区可能造成运动系统的低

速不均匀，甚至使随动系统不能准确跟踪目标。死区特性（续）3、用途：有时人为的引入死区，可消除高频的小幅

度振荡。4、多个元件均存在死区时，系统总的死区可进行折

算（见下页图）RC-比较执行放大此时折算到比较元件的端总的死区为：可见：最前面的元件的死区影响最大，且若加大前前面的死区特性（续）二．饱和特性：

1、实际中具有饱和特征的元件：1）放大器：只能在一定的范围内保持输出量与输入

量之间的线性关系，超出则输出限幅。2）铁磁元件：铁芯线圈，电机，变压器等。2、特点：使系统在大信号作用下的等效增益↓，深度饱和情况下甚至使系统丧失闭环控制作用。饱和特性（续）3、用途：认为地利用饱和特性做限幅，限制某些物理量，保证系统安全合理的工作，如调速系统中利用转速调节器的输出限幅值来限制，以保三．间隙（回环）特性：1、实际存在间隙的元件：1）传动机构：如齿轮转动，

当主动轮改变方向时从动

轮保持位置不变，直到间

隙消除。2）铁磁元件中的磁滞现象。2、特点：对系统影响较复杂，过大而烧坏。护电动机不致因饱和特性（续）3、措施：提高齿轮的加

工精度，采用速度反

馈的控制系统，测速

机联轴器要安装合适。一般会使系统的稳态误差增大，动态性能变差，振荡↑，稳定性↓。间隙特性（续）四、继电特性：1、吸和动作电流大于

释放动作电流，使

其特性中包含了死

区、回环及饱和特

性。令返回系数继电特性（续）

若返回系数m=1，则无回环，其特性称为具有死区的单值继电特性，如图a所示。若返回系数m=-1即继电器的正向返回电流等于反向动作电流时，其特性称为具有回环的继电特性，如图b所示。abc继电特性（续）

若i=0，即继电器的动作电流及返回电流均为零值切换，则称这种特性为理想继电特性，如图c所示。abc2、检测电平时的射极耦合触发器或运放组成的电平检测器等比较电路也具有继电特性：如逻辑无环流调速系统。五、变放大系数特性：特点：大误差e（t）时具有大的k→系统响应迅速，小误差e(t)时具有小的k→系统响应典型非线性环节平稳，减少甚至消除超调量,若系统中混入高频小振幅噪声信号时，可抑制掉。六、带死区的饱和特性：

1、测量元件：其最大测量

范围与最小测量范围都

为有限幅时。2、枢控直流电动机的转速n：达到一定值时，才有n，不再增加.典型非线性环节★注意：尽管各种复杂非线性特性可以看作是各种

典型非线性特性的组合，但决不能将各个典型非

线性环节的响应相加作为复杂非线性系统的响应，

因为他们不能用迭加原理。非线性的存在使系统

变的复杂，没有统一的