型非线性环节的SIMULINK仿真分析

第９卷第３期　实验科学与技术　Ｅｘｐｅｔ。ｉｍｅｎｔ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　ＴｅｅｈｎｏｌｏＤ　Ｖｏ１．９　Ｎｏ．３　２０１１年６月　・　Ｊｕｎ．２０¨　软件开发与应用・　型非线性环节的ＳＩＭＵＬＩＮＫ仿真分析　木合亚提・伊克山　（新疆大学电气工程学院，乌鲁木齐８３０００８）　摘要：文章通过利用ＳＩＭＵＬＩＮＫ对典型非线性环节进行分析，并针对传统在模拟机上进行的自动控制理论实验的缺点，提　出了将ＳＩＭＵＬＩＮＫ与模拟实验互相结合起来的方法。实际应用结果表明，通过仿真与模拟实验结果的对比分析，不仅可以　让学生发现模拟实验中存在的错误，锻炼学生分析、解决问题的能力，而且增强了学生的学习兴趣，并为以后从事相关研　究工作打下了基础。　关键词：控制系统；非线性环节；ＳＩＭＵＬＩＮＫ仿真　中图分类号：ＴＰ３９１；Ｇ６４２　文献标志码：Ｂ　文章编号：１６７２—４５５０（２０１１）Ｏ３—００５１—０２　ＳＩＭＵＬＩＮＫ　Ｅｍｕｌａｔｉｏｎ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　Ｔｙｐｉｃａｌ　Ｎｏｎ—ｌｉｎｅａｒ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｍｕｈｅｙａｔｉ　ＹＩＫＥＳＨＡＮ　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉｎｊｉａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｕｒｕｍｃｈｉ　８３０００８，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｕｓｉｎｇ　ＳＩＭＵＬＩＮＫ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｔｙｐｉｃａｌ　ｎｏｎ—ｌｉｎｅａｒ　ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｄｒａｗｂａｃｋｓ　ｏｆ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔｈｅｏｒｙ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ　ｉｎ　ａｎａｌｏｇ　ｄｅｖｉｃｅｓ，ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｗｈｉｃｈ　ＳＩＭＵＬＩＮＫ　ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ａｎａｌｏｇ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｍｕｔｕａｌｌｙ，ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．Ａｃｔｕａｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅ　ｔｈａｔ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｍｉｓｔａｋｅｓ　ｉｎ　ａｎａｌｏｇ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｃａｎ　ｎｏｔ　ｏｎｌｙ　ｂｅ　ｆｏｕｎｄ　ｂｙ　ｓｔｕｄｅｎｔｓ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｂｉｌｉｔｙ　ｔｏ　ａｎａｌｙｚｅ　ａｎｄ　ｓｏｌｖｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｉｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ，ｂｕｔ　ａｌｓｏ　ｌｅａｒｎｉｎｇ　ｉｎｔｅｒｅｓｔｓ　ａｒｅ　ｅｎｈａｎｃｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｓ　ａｆｔｅｒ　ｒｅｌｅｖａｎｔ　ｍｓｅａｍｈ　ｗｏｒｋｓ　ａｌｅ　ｌａｉｄ　ａｌｓｏ　ｂｙ　ｍｅａｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒａｓｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｎａｌｏｇ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｍｓｕｌｔｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｔｏｌｒ　ｓｙｓｔｅｍ；ｎｏｎ—ｌｉｎｅａｒ　ｚｏｎｅ；ＳＩＭＵＬＩＮＫ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　非线性是指元件或环节的静特性不是按线性规　超过某一范围后，输出不再随输入变化，而是保持　某一常值。饱和特性是一种常见的非线性，在铁磁　元件及各种放大器中都存在，比如放大器的饱和输　律变化而言。严格的说，大多数自动控制系统，均　不属于线性系统，用线性方法来研究这类系统往往　只能是近似的。非线性研究方法中的描述函数法和　相平面法不能分析研究二阶以上的系统，在ＭＡＴ—　ＬＡＢ软件包中的ＳＩＭＵＬＩＮＫ工具能方便地对任何非　线性系统进行分析，能更好地研究非线性系统¨　。　本文通过利用ＳＩＭＵＬＩＮＫ对典型非线性系统进行分　出特性，伺服电动机在大控制电压运行下的控制特　性，液压调节阀具有行程及功率限制时的特性都属　于饱和非线性特性。其物理意义比较容易理解，如　稳压二极管限幅特性、放大器、磁饱和特性等，可　用图１（ｂ）所示的电路来模拟饱和非线性环节。　Ｕ１，Ｊ　Ｉ　—　一　＋Ａ，　ｋＱ　析，并把ＳＩＭＵＬＩＮＫ仿真实验和实际操作实验结合　在一起，通过仿真与模拟实验的结果进行对比分析，　不仅能让学生发现模拟实验中的问题，而且可以锻　炼学生的动手能力，让学生掌握ＭＡＴＬａ＿Ｂ／ＳＩＭＵ－　ＬＩＮＫ在控制系统仿真中的运用，增强学生的学习兴　趣，并为以后从事相关研究工作打下基础。　；＼　＋　Ｕｉ　０　＼；　－＾　Ｌ．．　一　Ｏ　ｋＱ　５　Ｖ　（ａ）饱和特性　图１　饱和环节模拟电路图与特性　ｌ　典型非线性环节的模拟　Ｊ　１．２死区非线性　１．１饱和非线性　饱和输人、输出特性见图１（ａ）。当输入信号　收稿日期：２０１０—１１—１１　作者简介：木合亚提・伊克山（１９６８一），男，学士，讲师，　当系统有输入信号，但信号处在零值附近的一　个小范围内，这个输入信号不超过死区的范围时，　系统的输出信号为零；只有当输入信号大于死区范　围时，系统才有输出，其输入与输出关系如图２　（ａ）所示，这种情况被称为死区。死区常见于测　主要从事电力拖动自动控制系统和自动控制理　论教学与研究。　量、放大元件中。例如二极管伏安特性、执行机构