实验开环增益与零极点对系统性能影响.docx
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实验开环增益与零极点对系统性能影响
实验六开环增益与零极点对系统性能的影响
1.实验目的
1.研究闭环、开环零极点对系统性能的影响；
2.研究开环增益对系统性能的影响。
2.实验内容
1•搭建原始系统模拟电路，观测系统响应波形，记录超调量（7%峰值时间tp和调节
时间ts;
2.分别给原始系统在闭环和开环两种情况下加入不同零极点，观测加入后的系统响
应波形，记录超调量7呀口调节时间tS；
3.改变开环增益K，取值1,2,4,5,10,20等，观测系统在不同开环增益下的响应波形，记录超调量7呀口调节时间ts。
3.实验步骤
在实验中观测实验结果时，可选用普通示波器，也可选用本实验台上的虚拟示波器。
如果选用虚拟示波器，只要运行ACES程序，选择菜单列表中的相应实验工程，再选
择开始实验，就会打开虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验台上的虚拟示波器
CH1、CH2两通道观察被测波形。
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：
x]
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“0UT3”与A1的“IN11”、“IN13”同时连接，将A1的“0UT1”与A2的“IN21”相连接，将A2的“0UT2”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“亠”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
（T%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
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、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
（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
节，请分别将下表中的极点环节加入到原始二阶系统中。
将A6的S4、
S15拨至开的
位置
将A4的S5、
S15拨至开的
位置
（3）连接虚拟示波器：
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d%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
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、实验电
路A4、实验电路A5实验电路A6。
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
（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）搭建加入闭环零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.加入闭环零点环节
模拟电路中的
节，请分别将下表中的零点环节加入到原始二阶系统中。
表示不同的零点环
零点环节
R10
Rll
170K
厂1
470K
R9
ll_
3CK
1.0U1
|
R10
Kll
1
1
200K
200K
R9
-JI—
乂4
l.OK^
1.0LT
1
R10
Jtll
—r1
r
look
C3
100K
4
R9
1_11
€
1.0K
1
OITF
|
R10
Kll
——4b
-1
41K
4IK
1f1
—
7
1OLTP
R10
RM
bi1T
look
100K
1
l.ok
1
.2UF
零点传递函数
参数值
选择拨动开关
-L-
H
R9=30KR10=470KR11=470KC3=1.0uF
将A4的S3、
S10拨
至开的位置
\
R9=1.0KR10=200KR11=200K
C3=1.0uF
将A4的S4、
S11拨
至开的位置
H
R9=1.0KR10=100KR11=100K
C3=1.0uF
将A5的S2、
S9拨至开的位
置
3
R9=8.0KR10=41KR11=41KC3=1.0uF
将A6的S1、
S8拨至开的位
置
a
R9=1.0KR10=100KR11=100K
C3=0.2uF
将A5的S3、
S9拨至开的位
置
（3）连接虚拟示波器:
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零点的二阶系统输出响应曲线,
记录超调量（T%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
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、实验电
路A4、实验电路A5实验电路A6。
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
（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）搭建加入开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.加入开环极点环节
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
C3
0.1UT
a
R9=200KR10=200K
C3=0.1uF
将A4的S5、
S15拨至开的
位置
K9
200K
【
11
i
*
P.10
200K
A
（3）连接虚拟示波器：
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开环极点的二阶系统输出响应曲线,记录超调量d%峰值时间tp和调节时间ts。
图1-6-5加入开环零点的二阶系统模拟电路
（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）搭建加入开环零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.加入开环零点环节
模拟电路中的
节，请分别将下表中的零点环节加入到原始二阶系统中。
表示不同的零点环
零点环节
R10
Rll
170K
厂1
470K
R9
ll_
3CK
1.0U1
|
R10
Kll
1
1
200K
200K
R9
-JI—
乂4
l.OK^
1.0LT
1
R10
Jtll
—r1
r
look
C3
100K
4
R9
1_11
€
1.0K
1
OITF
|
R10
Kll
——4b
-1
41K
4IK
1f1
—
7
1OLTP
R10
RM
bi1T
look
100K
1
l.ok
1
.2UF
零点传递函数
参数值
选择拨动开关
-L-
H
R9=30KR10=470KR11=470KC3=1.0uF
将A4的S3、
S10拨
至开的位置
\
R9=1.0KR10=200KR11=200K
C3=1.0uF
将A4的S4、
S11拨
至开的位置
H
R9=1.0KR10=100KR11=100K
C3=1.0uF
将A5的S2、
S9拨至开的位
置
3
R9=8.0KR10=41KR11=41KC3=1.0uF
将A6的S1、
S8拨至开的位
置
a
R9=1.0KR10=100KR11=100K
C3=0.2uF
将A5的S3、
S9拨至开的位
置
（3）连接虚拟示波器:
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开环零点的二阶系统输出响应曲线,
记录超调量（T%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
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。
二阶系统模拟电路如图1-6-6所示，系统开环传递函数为：
工|,K=
_,丨。
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。
（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“0UT3”与A1的“IN13”相连接，将A1的“0UT1”与A2的“IN24”相连接，将A2的“0UT2”与A3的“IN33”相连接；
B•按照图1-6-6选择拨动开关：
图中：
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；
（3）连接虚拟示波器：
将实验电路A2的“I”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不同开环增益K下的二阶系统输出响应曲
线，记录超调量CT%峰值时间tp和调节时间tS。
4.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
极点传递函数
实测响应曲线
超调里
（T%
峰值时间tp
调节时间
ts
理论值
实测值
理论值
实测值
理论值
实测值
□
□
S
□
S
0
零点传递函数
实测响应曲线
超调里
（T%
峰值时间tp
调节时间
ts
理论值
实测值
理论值
实测值
理论值
实测值
0
S
S
表三开环极点对原始二阶系统的影响
极点传递函数
实测响应曲线
超调里
（T%
峰值时
间tp
调节时间
ts
理论值
实测值
理论值
实测值
理论值
实测值
a
零点传递函数
实测响应曲线
超调里
（T%
峰值时间tp
调节时间
ts
理论值
实测值
理论值
实测值
理论值
实测值
0
S
S
开环增益K
实测响应曲线
超调里
（T%
峰值时间tp
调节时间
ts
理论值
实测值
理论值
实测值
理论值
实测值
K=1
K=2
K=4
K=5
K=10
K=20
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