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