设计要求。
5.2 期望特性校正法
5.2.1 用上位机软件记录校正前系统的实验曲线，并与理论值进行比较。
5.2.2用上位机软件记录校正后系统的实验曲线，并与理论值进行比较，观测?P和ts是否满足设计要求。
6、实验完毕后，关闭图5-15所示的窗口。
7、根据实验时存储的波形及记录的实验数据完成实验报告。 六、实验报告要求
1、根据对系统性能的要求，设计系统的串联校正装置，并画出它的电路图； 2、根据实验结果，画出校正前系统的单位阶跃响应曲线及相应的动态性能指标； 3、观测引入校正装置后系统的单位阶跃响应曲线，并将由实验测得的性能指标与理论计算值作比较；
4、实时调整校正装置的相关参数，使系统的动、静态性能均满足设计要求，并分析相应参数的改变对系统性能的影响。 七、实验思考题
1、加入超前校正装置后，为什么系统的瞬态响应会变快？
2、什么是超前校正装置和滞后校正装置，它们各利用校正装置的什么特性对系统进行校正？
3、实验时所获得的性能指标为何与设计确定的性能指标有偏差？
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实验六 典型非线性环节的静态特性
一、实验目的
1、了解典型非线性环节输出—输入的静态特性及其相关的特征参数； 2、掌握典型非线性环节用模拟电路实现的方法。 二、实验设备
1、THKKL-7型控制理论·计算机控制技术实验箱； 2、PC机一台（含“MATLAB6.5”软件）； 3、THVLW-1型数据采集卡、37针数据线； 4、USB数据线。 三、实验内容
1、继电器型非线性环节静特性的电路模拟； 2、饱和型非线性环节静特性的电路模拟； 3、具有死区特性非线性环节静特性的电路模拟； 4、具有间隙特性非线性环节静特性的电路模拟。 四、实验原理
控制系统中的非线性环节有很多种，最常见的有饱和特性、死区特性、继电器特性和间隙特性。基于这些特性对系统的影响是各不相同的，因而了解它们的输出－输入静态特性将有助于对非线性系统的分析研究。
1、继电型非线性环节
图6-1为继电器型非线性特性的模拟电路和静态特性。
图6-1 继电器型非线性环节模拟电路及其静态特性
继电器特性参数M是由双向稳压管的稳压值(4.9～6V)和后级运放的放大倍数(RX/R1)决定的，调节可变电位器RX的阻值，就能很方便的改变M值的大小。输入ui信号用正弦信号或周期性的斜坡信号（频率一般均小于10Hz）作为测试信号。实验时，用示波器的X-Y显示模式进行观测。
2、饱和型非线性环节
图6-2为饱和型非线性环节的模拟电路及其静态特性。
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图6-2 饱和型非线性环节模拟电路及其静态特性
图中饱和型非线性特性的饱和值M等于稳压管的稳压值(4.9～6V)与后一级放大倍数的乘积。线性部分斜率k等于两级运放增益之积。在实验时若改变前一级运放中电位器的阻值可改变k值的大小，而改变后一级运放中电位器的阻值则可同时改变M和k值的大小。
实验时，可以用周期性的斜坡或正弦信号作为测试信号，注意信号频率的选择应足够低（一般小于10Hz）。实验时，用示波器的X-Y显示模式进行观测。
3、具有死区特性的非线性环节
图6-3为死区特性非线性环节的模拟电路及其静态特性。
图6-3 死区特性非线性环节的模拟电路及其静态特性
图中后一运放为反相器。由图中输入端的限幅电路可知，当二极管D1（或D2）导通时的临界电压Uio为
uio??其中，??R2R1R1?(在临界状态时: u??E) (6-1) E??Ei0R?RR?RR21??1212R1。当ui?ui0时，二极管D1（或D2）导通，此时电路的输出电压为
R1?R2R2(ui?uio)??(1??)(ui?uio)
R1?R2 uo??令k?1??，则上式变为
uo??k(ui?uio) (6-2)
反之，当ui?ui0时，二极管D1（或D2）均不导通，电路的输出电压uo为零。显然，该非线性电路的特征参数为k和uio。只要调节?，就能实现改变k和uio的大小。
实验时，可以用周期性的斜坡或正弦信号作为测试信号，注意信号频率的选择应足够低（一般小于10Hz）。实验时，用示波器的X-Y显示模式进行观测。
4、具有间隙特性的非线性环节
间隙特性非线性环节的模拟电路图及静态特性如图6-4所示。 由图6-4可知，当ui?
?1??E时，二极管D1和D2均不导通，电容C1上没有电压，即UC
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（C1两端的电压）=0，u0=0；当ui??E时，二极管D2导通，ui向C1充电，其电压为
1?? uo??(1??)(ui?uio)
令k?(1??)，则上式变为
uo??k(ui?uio)
图6-4 间隙特性非线性环节的模拟电路及其静态特性
当ui?uim时，ui开始减小，由于D1和D2都处于截止状态，电容C1端电压保持不变，此时C1上的端电压和电路的输出电压分别为
uC?(1??)(uim?uio) u0?k(uim?uio)
当ui?uim?uio时，二极管D1处于临界导通状态，若ui继续减小，则二极管D1导通，此时C1放电，UC和U0都将随着ui减小而下降，即
uC?(1??)(uim?uio) u0?k(uim?uio)
当ui??ui0时，电容C1放电完毕，输出电压u0?0。同理，可分析出ui向负方向变化时的情况。在实验中，主要改变?值，就可改变k和uio的值。
实验时，可以用周期性的斜坡或正弦信号作为测试信号，注意信号频率的选择。实验时，用示波器的X-Y显示模式进行观测。 五、实验步骤 （一）实验接线
1、根据图6-5、图6-6、图6-7和图6-8，选择实验箱上的通用电路单元设计并组建模拟电路。
1.1 继电器型非线性环节
图6-5 继电器型非线性环节模拟电路
1.2 饱和型非线性环节
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图6-6 饱和型非线性环节模拟电路
1.3 死区特性非线性环节
图6-7 死区特性非线性环节模拟电路
1.4具有间隙特性非线性环节
图6-8 间隙特性非线性环节模拟电路
2、用37针数据线将采集卡和THKKL-7型实验箱连接，用USB数据线将计算机和采集卡连接起来。用2#导线将数据采集接口单元的AD1端接至图6-8的“c(t)”端，DA1端接至图6-8的“r(t)”端。 （二）实验内容
1、按照实验接线内容进行接线，接线无误后，启动实验箱的总电源。 2、打开MATLAB软件，在Current Directory窗口中双击“fz6”文件
图6-9 典型非线性环节的静态特性仿真窗口
点击图6-9中工具条上的“
”按钮开始仿真，在下列几种情况下，记录仿真曲线。仿真
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