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常见非线性因素对系统运动的影响

时间:2014-11-12 11:10来源:www.eadianqi.com 编辑:自动控制网
为便于定性分析,采用图下所示的结构形式,图中K为非线性特性的等效增益,G(s)为线性部分的传递函数,为线性部分的开环根轨迹增益。当忽略或不考虑非线性因素,即K为常数时,非线性系统变为线性系统,因此非线性系统的分析可在线性系统分析的基础上加以推广。
   为便于定性分析,采用图下所示的结构形式,图中K为非线性特性的等效增益,G(s)为线性部分的传递函数,为线性部分的开环根轨迹增益。当忽略或不考虑非线性因素,即K为常数时,非线性系统变为线性系统,因此非线性系统的分析可在线性系统分析的基础上加以推广。非线性因素对系统运动的影响通过增益的变化改变系统的闭环极点的位置,因而仍可采用根轨迹分析法。
   (2)死区特性

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   死区特性最直接的影响是使系统存在稳态误差。当系统输入为速度信号时,受死区的影响,系统无调节作用,导致系统输出在时间上的滞后,降低了系统的跟踪精度。而在另一方面,当系统输入端存在小扰动信号时,在系统动态过程的稳态值附近,死区的作用可减小扰动信号的影响。
   考虑死区对系统动态性能的影响。无死区特性时,系统闭环极点位于根轨迹曲线上 处,阻尼比较小,系统超调量较大。当死区存在时,非线性特性的等效增益在0-k0之间变化。当|x(t)|较大时,闭环极点为阻尼比较小的共轭复极点,系统响应速度快,当|x(t)|较小时,等效增益下降,闭环极点为具有较大阻尼比的共轭复极点或实极点,系统振荡性减弱,因而可降低系统的超调量。
   (3)饱和特性
   饱和特性的等效增益曲线表明,饱和现象将使系统的开环增益在饱和区时下降。控制系统设计时,为使功放元件得到充分利用,应注使功放级首先进入饱和;为获得较好的动态性能,应通过合适选择线性区增益和饱和电压,使系统既能获得较小的超调量,又能保证较大的开环增益,减小稳态误差。饱和区对系统闭环极点的分析过程与继电特性类同。

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   (4)间隙特性
   间隙的存在,相当于死区的影响,降低系统的跟踪精度。由于间隙为非单值函数,对于相同的输入值x(t),输出y(t)的取值还取决于x(t)的符号,因而受其影响负载系统的运动变化剧烈。
   间隙特性将严重影响系统的性能,必须加以克服。通常,可通过提高齿轮的加工和装配精度减小间隙,使用双片齿轮消除齿隙和设计各种校正装置补偿间隙的影响。
   (5)摩擦特性
   摩擦对系统性能的影响最主要的是造成系统低速运动的不平滑性,即当系统的输入轴作低速平稳运转时,输出轴的旋转呈现跳跃式的变化。这种低速爬行现象是由静摩擦到动摩擦的跳变产生的。传动机构的结构图如下图所示。
   以上主要是通过等效增益概念在一般意义上针对特定的系统定性分析了常见非线性因素对系统性
能的影响,在其它情况下不一定适用,具体问题必须具体分析。
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