实验六开环增益与零极点对系统性能的影响文档格式.docx
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具体用法参见用户手册中的示波器部分。
1.原始二阶系统
实验中所用到的功能区域:
阶跃信号、虚拟示波器、实验电路A1、实验电路A2、实验电路A3。
原始二阶系统模拟电路如图1-6-1所示,系统开环传递函数为:
,
图1-6-1原始二阶系统模拟电路
(1)设置阶跃信号源:
A.将阶跃信号区的选择开关拨至“0~5V”;
B.将阶跃信号区的“0~5V”端子与实验电路A3的“IN32”端子相连接;
C.按压阶跃信号区的红色开关按钮就可以在“0~5V”端子产生阶跃信号。
(2)搭建原始二阶系统模拟电路:
A.将A3的“OUT3”与A1的“IN11”、“IN13”同时连接,将A1的“OUT1”与A2的“IN21”相连接,将A2的“OUT2”与A3的“IN33”相连接;
B.按照图1-6-1选择拨动开关:
图中:
R1=200K、R2=200K、R3=200K、R4=100K、R5=64K、R6=200K、R7=10K、R8=10K、C1=1.0uF、C2=1.0uF
将A3的S5、S6、S10,A1的S3、S6、S9,A2的S3、S8、S13拨至开的位置;
(3)连接虚拟示波器:
将实验电路A2的“”与示波器通道CH1相连接。
(4)输入阶跃信号,通过虚拟示波器观测原始二阶系统输出响应曲线,记录超调量σ%、峰值时间tp和调节时间ts。
2.闭环极点对原始二阶系统的影响
阶跃信号、虚拟示波器、实验电路A1、实验电路A2、实验电路A3、实验电路A4、实验电路A5、实验电路A6。
给原始二阶系统加入闭环极点后的模拟电路如图1-6-2所示
图1-6-2加入闭环极点的二阶系统模拟电路
(2)搭建加入闭环极点的二阶系统模拟电路:
A.按照步骤1中的
(1)、
(2)搭建原始二阶系统;
B.加入闭环极点环节
模拟电路中的表示不同的极点环节,请分别将下表中的极点环节加入到原始二阶系统中。
极点环节
极点传递函数
参数值
选择拨动开关
R9=200K
R10=200K
C3=5.0uF
将A4的S5、S14拨至开的位置
R9=500K
R10=500K
C3=1.0uF
将A5的S4、S11拨至开的位置
将A4的S5、S13拨至开的位置
R9=100K
R10=100K
将A5的S5、S13拨至开的位置
R9=50K
R10=50K
将A6的S4、S15拨至开的位置
C3=0.1uF
将A4的S5、S15拨至开的位置
将实验电路Ax的“OUTX”与示波器通道CH1相连接。
(4)输入阶跃信号,通过虚拟示波器观测加入闭环极点的二阶系统输出响应曲线,记录超调量σ%、峰值时间tp和调节时间ts。
3.闭环零点对原始二阶系统的影响
原始二阶系统加入闭环零点后的模拟电路如图1-6-3所示
图1-6-3加入闭环零点的二阶系统模拟电路
(2)搭建加入闭环零点的二阶系统模拟电路:
B.加入闭环零点环节
模拟电路中的表示不同的零点环节,请分别将下表中的零点环节加入到原始二阶系统中。
零点环节
零点传递函数
R9=30K
R10=470K
R11=470K
将A4的S3、S10拨至开的位置
R9=1.0K
R11=200K
将A4的S4、S11拨至开的位置
R11=100K
将A5的S2、S9拨至开的位置
R9=8.0K
R10=41K
R11=41K
将A6的S1、S8拨至开的位置
C3=0.2uF
将A5的S3、S9拨至开的位置
(4)输入阶跃信号,通过虚拟示波器观测加入闭环零点的二阶系统输出响应曲线,记录超调量σ%、峰值时间tp和调节时间ts。
4.开环极点对原始二阶系统的影响
给原始二阶系统加入开环极点后的模拟电路如图1-6-4所示
图1-6-4加入开环极点的二阶系统模拟电路
(2)搭建加入开环极点的二阶系统模拟电路:
B.加入开环极点环节
(4)输入阶跃信号,通过虚拟示波器观测加入开环极点的二阶系统输出响应曲线,记录超调量σ%、峰值时间tp和调节时间ts。
5.开环零点对原始二阶系统的影响
原始二阶系统加入开环零点后的模拟电路如图1-6-5所示
图1-6-5加入开环零点的二阶系统模拟电路
(2)搭建加入开环零点的二阶系统模拟电路:
B.加入开环零点环节
(4)输入阶跃信号,通过虚拟示波器观测加入开环零点的二阶系统输出响应曲线,记录超调量σ%、峰值时间tp和调节时间ts。
6.开环增益K对二阶系统的影响
二阶系统模拟电路如图1-6-6所示,系统开环传递函数为:
,K=R6/R5,当R5=100K时闭环传递函数为:
,K=1,,。
在开环零点、极点保持不变的情况下,改变开环增益K,系统的阻尼系数和固有频率也将发生变化,系统的特性从而改变。
图1-6-6二阶系统模拟电路
A.将A3的“OUT3”与A1的“IN13”相连接,将A1的“OUT1”与A2的“IN24”相连接,将A2的“OUT2”与A3的“IN33”相连接;
B.按照图1-6-6选择拨动开关:
R1=200K、R2=200K、R3=200K、R4=50K、R5可调、R6=100K、R7=10K、R8=10K、C1=2.0uF、C2=1.0uF
C.K=R6/R5,调节R5的阻值,使K分别取值:
1,2,4,5,10,20
将A3的S5、S6、S10,A1的S7、S10,A2的S8、S11拨至开的位置;
(4)输入阶跃信号,通过虚拟示波器观测不同开环增益K下的二阶系统输出响应曲线,记录超调量σ%、峰值时间tp和调节时间ts。
四.实验结果
根据实验结果填写下表
表一闭环极点对原始二阶系统的影响
实测响应曲线
超调量
σ%
峰值时间tp
调节时间ts
理论值
实测值
表二闭环零点对原始二阶系统的影响
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