實驗六開環(huán)增益與零極點對系統(tǒng)性能的影響

1、實驗六 開環(huán)增益與零極點對系統(tǒng)性能的影響一實驗目的1研究閉環(huán)、開環(huán)零極點對系統(tǒng)性能的影響；2研究開環(huán)增益對系統(tǒng)性能的影響。二實驗內容1搭建原始系統(tǒng)模擬電路，觀測系統(tǒng)響應波形，記錄超調量%、峰值時間tp和調節(jié)時間ts；2分別給原始系統(tǒng)在閉環(huán)和開環(huán)兩種情況下加入不同零極點，觀測加入后的系統(tǒng)響應波形，記錄超調量%和調節(jié)時間ts；3改變開環(huán)增益K，取值1，2，4，5，10，20等，觀測系統(tǒng)在不同開環(huán)增益下的響應波形，記錄超調量%和調節(jié)時間ts。三實驗步驟在實驗中觀測實驗結果時，可選用普通示波器，也可選用本實驗臺上的虛擬示波器。如果選用虛擬示波器，只要運行ACES程序，選擇菜單列表中的相應實驗項目，再選

2、擇開始實驗，就會打開虛擬示波器的界面，點擊開始即可使用本實驗臺上的虛擬示波器CH1、CH2兩通道觀察被測波形。具體用法參見用戶手冊中的示波器部分。1原始二階系統(tǒng)實驗中所用到的功能區(qū)域：階躍信號、虛擬示波器、實驗電路A1、實驗電路A2、實驗電路A3。原始二階系統(tǒng)模擬電路如圖1-6-1所示，系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為：， 圖1-6-1原始二階系統(tǒng)模擬電路（1） 設置階躍信號源：A將階躍信號區(qū)的選擇開關撥至“05V”；B將階躍信號區(qū)的“05V”端子與實驗電路A3的“IN32”端子相連接；C按壓階躍信號區(qū)的紅色開關按鈕就可以在“05V”端子產(chǎn)生階躍信號。（2） 搭建原始二階系統(tǒng)模擬電路：A將A3的“OUT3”

3、與A1的“IN11”、“IN13”同時連接，將A1的“OUT1”與A2的“IN21”相連接，將A2的“OUT2”與A3的“IN33”相連接；B按照圖1-6-1選擇撥動開關：圖中：R1=200K、R2=200K、R3=200K、R4=100K、R564K、R6=200K、 R7=10K、R8=10K、C1=1.0uF、C2=1.0uF將A3的S5、S6、S10，A1的S3、S6、S9，A2的S3、S8、S13撥至開的位置；（3） 連接虛擬示波器：將實驗電路A2的“”與示波器通道CH1相連接。（4） 輸入階躍信號，通過虛擬示波器觀測原始二階系統(tǒng)輸出響應曲線，記錄超調量%、峰值時間tp和調節(jié)時間ts

4、。2閉環(huán)極點對原始二階系統(tǒng)的影響實驗中所用到的功能區(qū)域：階躍信號、虛擬示波器、實驗電路A1、實驗電路A2、實驗電路A3、實驗電路A4、實驗電路A5、實驗電路A6。給原始二階系統(tǒng)加入閉環(huán)極點后的模擬電路如圖1-6-2所示圖1-6-2加入閉環(huán)極點的二階系統(tǒng)模擬電路（1） 設置階躍信號源：A將階躍信號區(qū)的選擇開關撥至“05V”；B將階躍信號區(qū)的“05V”端子與實驗電路A3的“IN32”端子相連接；C按壓階躍信號區(qū)的紅色開關按鈕就可以在“05V”端子產(chǎn)生階躍信號。（2） 搭建加入閉環(huán)極點的二階系統(tǒng)模擬電路：A按照步驟1中的（1）、（2）搭建原始二階系統(tǒng)；B加入閉環(huán)極點環(huán)節(jié)模擬電路中的表示不同的極點環(huán)節(jié)

5、，請分別將下表中的極點環(huán)節(jié)加入到原始二階系統(tǒng)中。極點環(huán)節(jié)極點傳遞函數(shù)參數(shù)值選擇撥動開關R9=200KR10=200KC3=5.0uF將A4的S5、S14撥至開的位置R9=500KR10=500KC3=1.0uF將A5的S4、S11撥至開的位置R9=200KR10=200KC3=1.0uF將A4的S5、S13撥至開的位置R9=100KR10=100KC3=1.0uF將A5的S5、S13撥至開的位置R9=50KR10=50KC3=1.0uF將A6的S4、S15撥至開的位置R9=200KR10=200KC3=0.1uF將A4的S5、S15撥至開的位置（3） 連接虛擬示波器：將實驗電路Ax的“OUTX

6、”與示波器通道CH1相連接。（4） 輸入階躍信號，通過虛擬示波器觀測加入閉環(huán)極點的二階系統(tǒng)輸出響應曲線，記錄超調量%、峰值時間tp和調節(jié)時間ts。3閉環(huán)零點對原始二階系統(tǒng)的影響實驗中所用到的功能區(qū)域：階躍信號、虛擬示波器、實驗電路A1、實驗電路A2、實驗電路A3、實驗電路A4、實驗電路A5、實驗電路A6。原始二階系統(tǒng)加入閉環(huán)零點后的模擬電路如圖1-6-3所示圖1-6-3加入閉環(huán)零點的二階系統(tǒng)模擬電路（1） 設置階躍信號源：A將階躍信號區(qū)的選擇開關撥至“05V”；B將階躍信號區(qū)的“05V”端子與實驗電路A3的“IN32”端子相連接；C按壓階躍信號區(qū)的紅色開關按鈕就可以在“05V”端子產(chǎn)生階躍信號

7、。（2） 搭建加入閉環(huán)零點的二階系統(tǒng)模擬電路：A按照步驟1中的（1）、（2）搭建原始二階系統(tǒng)；B加入閉環(huán)零點環(huán)節(jié)模擬電路中的表示不同的零點環(huán)節(jié)，請分別將下表中的零點環(huán)節(jié)加入到原始二階系統(tǒng)中。零點環(huán)節(jié)零點傳遞函數(shù)參數(shù)值選擇撥動開關R9=30KR10=470KR11=470KC3=1.0uF將A4的S3、S10撥至開的位置R9=1.0KR10=200KR11=200KC3=1.0uF將A4的S4、S11撥至開的位置R9=1.0KR10=100KR11=100KC3=1.0uF將A5的S2、S9撥至開的位置R9=8.0KR10=41KR11=41KC3=1.0uF將A6的S1、S8撥至開的位置R9=

8、1.0KR10=100KR11=100KC3=0.2uF將A5的S3、S9撥至開的位置（3） 連接虛擬示波器：將實驗電路Ax的“OUTX”與示波器通道CH1相連接。（4） 輸入階躍信號，通過虛擬示波器觀測加入閉環(huán)零點的二階系統(tǒng)輸出響應曲線，記錄超調量%、峰值時間tp和調節(jié)時間ts。4開環(huán)極點對原始二階系統(tǒng)的影響實驗中所用到的功能區(qū)域：階躍信號、虛擬示波器、實驗電路A1、實驗電路A2、實驗電路A3、實驗電路A4、實驗電路A5、實驗電路A6。給原始二階系統(tǒng)加入開環(huán)極點后的模擬電路如圖1-6-4所示圖1-6-4加入開環(huán)極點的二階系統(tǒng)模擬電路（1） 設置階躍信號源：A將階躍信號區(qū)的選擇開關撥至“05V

9、”；B將階躍信號區(qū)的“05V”端子與實驗電路A3的“IN32”端子相連接；C按壓階躍信號區(qū)的紅色開關按鈕就可以在“05V”端子產(chǎn)生階躍信號。（2） 搭建加入開環(huán)極點的二階系統(tǒng)模擬電路：A按照步驟1中的（1）、（2）搭建原始二階系統(tǒng)；B加入開環(huán)極點環(huán)節(jié)模擬電路中的表示不同的極點環(huán)節(jié)，請分別將下表中的極點環(huán)節(jié)加入到原始二階系統(tǒng)中。極點環(huán)節(jié)極點傳遞函數(shù)參數(shù)值選擇撥動開關R9=200KR10=200KC3=0.1uF將A4的S5、S15撥至開的位置（3） 連接虛擬示波器：將實驗電路Ax的“OUTX”與示波器通道CH1相連接。（4） 輸入階躍信號，通過虛擬示波器觀測加入開環(huán)極點的二階系統(tǒng)輸出響應曲線，記

10、錄超調量%、峰值時間tp和調節(jié)時間ts。5開環(huán)零點對原始二階系統(tǒng)的影響實驗中所用到的功能區(qū)域：階躍信號、虛擬示波器、實驗電路A1、實驗電路A2、實驗電路A3、實驗電路A4、實驗電路A5、實驗電路A6。原始二階系統(tǒng)加入開環(huán)零點后的模擬電路如圖1-6-5所示圖1-6-5加入開環(huán)零點的二階系統(tǒng)模擬電路（1） 設置階躍信號源：A將階躍信號區(qū)的選擇開關撥至“05V”；B將階躍信號區(qū)的“05V”端子與實驗電路A3的“IN32”端子相連接；C按壓階躍信號區(qū)的紅色開關按鈕就可以在“05V”端子產(chǎn)生階躍信號。（2） 搭建加入開環(huán)零點的二階系統(tǒng)模擬電路：A按照步驟1中的（1）、（2）搭建原始二階系統(tǒng)；B加入開環(huán)零

11、點環(huán)節(jié)模擬電路中的表示不同的零點環(huán)節(jié)，請分別將下表中的零點環(huán)節(jié)加入到原始二階系統(tǒng)中。零點環(huán)節(jié)零點傳遞函數(shù)參數(shù)值選擇撥動開關R9=30KR10=470KR11=470KC3=1.0uF將A4的S3、S10撥至開的位置R9=1.0KR10=200KR11=200KC3=1.0uF將A4的S4、S11撥至開的位置R9=1.0KR10=100KR11=100KC3=1.0uF將A5的S2、S9撥至開的位置R9=8.0KR10=41KR11=41KC3=1.0uF將A6的S1、S8撥至開的位置R9=1.0KR10=100KR11=100KC3=0.2uF將A5的S3、S9撥至開的位置（3） 連接虛擬示波

12、器：將實驗電路Ax的“OUTX”與示波器通道CH1相連接。（4） 輸入階躍信號，通過虛擬示波器觀測加入開環(huán)零點的二階系統(tǒng)輸出響應曲線，記錄超調量%、峰值時間tp和調節(jié)時間ts。6開環(huán)增益K對二階系統(tǒng)的影響實驗中所用到的功能區(qū)域：階躍信號、虛擬示波器、實驗電路A1、實驗電路A2、實驗電路A3。二階系統(tǒng)模擬電路如圖1-6-6所示，系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為：，KR6/R5，當R5=100K時閉環(huán)傳遞函數(shù)為：， K1，。在開環(huán)零點、極點保持不變的情況下，改變開環(huán)增益K，系統(tǒng)的阻尼系數(shù)和固有頻率也將發(fā)生變化，系統(tǒng)的特性從而改變。圖1-6-6二階系統(tǒng)模擬電路（1） 設置階躍信號源：A將階躍信號區(qū)的選擇開關撥至“

13、05V”；B將階躍信號區(qū)的“05V”端子與實驗電路A3的“IN32”端子相連接；C按壓階躍信號區(qū)的紅色開關按鈕就可以在“05V”端子產(chǎn)生階躍信號。（2） 搭建原始二階系統(tǒng)模擬電路：A將A3的“OUT3”與A1的“IN13”相連接，將A1的“OUT1”與A2的“IN24”相連接，將A2的“OUT2”與A3的“IN33”相連接；B按照圖1-6-6選擇撥動開關：圖中：R1=200K、R2=200K、R3=200K、R4=50K、R5可調、R6=100K、 R7=10K、R8=10K、C1=2.0uF、C2=1.0uFCKR6/R5，調節(jié)R5的阻值，使K分別取值：1，2，4，5，10，20將A3的S5、S6、S10，A1的S7、S10，A2的S8、S11撥至開的位置；（3） 連接虛擬示波器：將實驗電路A2的“”與示波器通道CH1相連接。（4） 輸入階躍信號，通過虛擬示波器觀測不同開環(huán)增益K下的二階系統(tǒng)輸出響應曲線，記錄超調量%、峰值時間tp和調節(jié)時間ts。四實驗結果根據(jù)實驗結果填寫下表表一 閉環(huán)極點對原始二階系統(tǒng)的影響極點傳遞函數(shù)實測響應曲線超調量%峰值時間tp調節(jié)時間ts理論值實測值理論值實測值理論值實測值表二 閉環(huán)零點對原始二階系統(tǒng)的影響零點傳遞函數(shù)實測響應曲線超調量%峰值時間tp調節(jié)時間ts理論值實測值理