實(shí)驗(yàn)十采樣控制系統(tǒng)的分析

實(shí)驗(yàn)十 采樣控制系統(tǒng)的分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜び肔F398組成的采樣控制系統(tǒng)；3.通過本實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步理解香農(nóng)定理和零階保持器ZOH的原理及其實(shí)現(xiàn)方法；3.觀察系統(tǒng)在階躍作用下的穩(wěn)態(tài)誤差。研究開環(huán)增益K和采樣周期T的變化對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響；二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備同實(shí)驗(yàn)一三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.利用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)一個(gè)對(duì)象為二階環(huán)節(jié)的模擬電路，并與采樣電路組成一個(gè)數(shù) -?；旌舷到y(tǒng)。分別改變系統(tǒng)的開環(huán)增益K和采樣周期TS，研究它們對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能及穩(wěn)態(tài)精度的影響。四、實(shí)驗(yàn)原理采樣定理圖11-1為信號(hào)的采樣與恢復(fù)的方框圖，圖中 X(t)是t的連續(xù)信號(hào)，經(jīng)采樣開關(guān)采樣后，變?yōu)殡x散信號(hào) x*(t)。圖10-1連續(xù)信號(hào)的采樣與恢復(fù)香農(nóng)采樣定理證明要使被采樣后的離散信號(hào)X*(t)能不失真地恢復(fù)原有的連續(xù)信號(hào)X(t)，其充分條件為：S2max(10.1)式中S為采樣的角頻率，max為連續(xù)信號(hào)的最高角頻率。由于S2，因而式(10.1)T可寫為T(10.2)maxT為采樣周期。采樣控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是其特征方程的根均位于單位圓內(nèi)，且這種系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)性能均只與采樣周期2.采樣控制系統(tǒng)性能的研究

Z平面上以坐標(biāo)原點(diǎn)為圓心的T有關(guān)。圖10-2為二階采樣控制系統(tǒng)的方塊圖。圖10-2二階采樣控制系統(tǒng)方塊圖由圖10-2所示系統(tǒng)的開環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為：G(z)Z[25(1eTS)]25(1Z1)Z[2]25(1Z1)Z[10.50.5]S2(0.5S1)S2(S2)S2SS225(1Z1)Z[TZ0.5Z0.5Z(Z1)2Z1Ze2T12.5[2T1e2T]Z(1e2T2Te2T)(Z1)(Ze2T)閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為：C(z)12.5[2T1e2T]Z(1e2T2Te2T)]R(z)Z2(1e2T)Ze2T12.5[2T1e2T]Z(1e2T2Te2T)]12.5[2T1e2T]Z(1e2T2Te2T)]Z2(25T13.511.5e2T)Ze2T(12.52T11.5e2T25Te2T)根據(jù)上式可判別該采樣控制系統(tǒng)否穩(wěn)定，并可用迭代法求出該系統(tǒng)的階躍輸出響應(yīng)。五、實(shí)驗(yàn)步驟零階保持器本實(shí)驗(yàn)采用“采樣-保持器”組件LF398，它具有將連續(xù)信號(hào)離散后的零階保持器輸出信號(hào)的功能。圖10-3為采樣-保持電路。圖中MC14538為單穩(wěn)態(tài)電路，改變輸入方波信號(hào)的周期，即改變采樣周期T。圖10-3采樣保持電路圖中方波信號(hào)由實(shí)驗(yàn)臺(tái)的低頻信號(hào)發(fā)生器提供。接好“采樣保持電路”的電源。用上位軟件的“信號(hào)發(fā)生器”輸出一個(gè)頻率為5Hz、幅值為2V的正弦信號(hào)輸入到“采樣保持電路”的信號(hào)輸入端。在下列幾種情況下用示波器觀察“采樣保持電路”的信號(hào)輸出端。1.1 當(dāng)方波(采樣產(chǎn)生)信號(hào)為100Hz時(shí)；1.2 當(dāng)方波(采樣產(chǎn)生)信號(hào)為50Hz時(shí)；1.3當(dāng)方波(采樣產(chǎn)生)信號(hào)為10Hz時(shí)；注：方波的幅值要盡可能大。采樣系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能根據(jù)圖10-2二階采樣控制系統(tǒng)方塊圖， 設(shè)計(jì)并組建該系統(tǒng)的模擬電路， 如圖10-4所示。11-4采樣控制二階系統(tǒng)模擬電路圖（電路參考單元為： U7、U3、U9、U11、U6）圖10-4積分單元中取C=1uF，R=100K(k=10)時(shí)，在r輸入端輸入一個(gè)單位階躍信號(hào)，在下面幾種情況下用上位機(jī)軟件觀測(cè)并記錄c(t)的輸出響應(yīng)曲線，然后分析其性能指標(biāo)。2.1當(dāng)采樣周期為0.005S(200Hz)時(shí)；2.2當(dāng)采樣周期為0.05S(20Hz)時(shí)；2.3當(dāng)采樣周期為0.2S(5Hz)時(shí)；2.4將圖14-4中電容與電阻更換為C=1uF，R=51K(k=20)時(shí)，重復(fù)步驟2.1、2.2、2.3。注：實(shí)驗(yàn)中的采樣周期最好小于0.25S(大于4Hz)。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求按圖10-2所示的方框圖畫出相應(yīng)的模擬電路圖；研究采樣周期T的變化對(duì)系統(tǒng)性能的響應(yīng)。七、實(shí)驗(yàn)思考題1.連續(xù)二