飽和環節在控制系統中較普遍,例如飽和放大器、限幅裝置、伺服閥飽和特性等。飽和環節特性如圖所示。
圖2.5-1 飽和特性
該特性對應的數學表達式為:
(2.5-1)
式中,c為飽和環節特征參數,斜率為1,該環節特性可用MATLAB編程仿真,利用上面算法的編寫的MATLAB函數SATURATION,調用格式為:
其中,u為輸入;c為飽和環節特征參數,y為飽和環節輸出。
Saturation.m; amp209.m
2.5.2 死區環節
在控制裝置中,放大器的不靈敏區,伺服閥和比例閥閥芯正遮羞特性,傳動元件靜摩擦等造成的死區特性。典型死區非線性環節特性如圖2.5-2所示。
圖2.5-2 死區特性
可用下面數學關系來描述:
(2.5-2)
式中,c為死區特征參數,斜率為1。
該環節可根據上述算法編寫MATLAB函數deadzone供調用,格式如下:
其中,u為環節輸入;c為死區環節特征參數,y為死區環節輸出。
Deadzone.m; amp210.m。
2.5.3 齒隙非線性環節
齒輪傳動副和絲桿螺母傳動副中存在傳動間隙都屬這壹類非線性因素,它對系統精度帶來影響。齒隙非線性環節特性如圖2.5-3所示。
圖2.5-3 齒隙特性
當輸入u增加時,輸出沿線段變化;當輸入u減小時,輸出沿線段變化。在線段bd上,輸入增加時,當前輸出值y(k)總是大於前壹時刻的輸出值y(k-1)。而在ea上,輸入減小時,當前輸出y(k)總是小於前壹時刻的輸出值y(k-1)。在ab段和de段,y(k)=y(k-1)。以上特性的數學描述如下:
(2.5-3)
式中,c為齒隙環節特征參數,斜率為1。
根據(2.5-3)算法編寫的MATLAB函數backlash,調用格式如下:
其中,u0,u1分別為前壹時刻和當前時刻輸入值;y0,y1分別為前壹時刻和當前時刻輸出值;c為齒隙特征參數。Backlash.m,amp211.m.
2.5.4 繼電非線性環節
繼電非線性環節特性如圖2.5-4所示,(b)為具有死區繼電環節,(a)為(b)特例,即c=0。對於圖(b)所示特性,可用下面數學關系描述:
圖2.5-4 繼電環節特性
(2.5-4)
根據(2.5-4)算法編寫的MATLAB函數relaydead,調用格式如下:
其中,u為環節輸入,c為環節輸出,y為死區特征參數。
Relaydead.m, amp212.m.
2.5.5 具有滯環的繼電環節
具有滯環的繼電非線性環節特性如圖所示,可用下面數學關系描述:
圖2.5-5 帶滯環繼電特性
(2.5-5)
根據(2.5-5)算法編寫的MATLAB函數relaydelay,調用格式如下:
其中,u0,u1分別為前壹時刻和當前時刻環節輸入值;y0,y1分別為前壹時刻和當前時刻輸出值;c,h為環節特征參數。
Relaydelay.m, amp213.m.