实验六开环增益与零极点对系统性能的影响

实验六 开环增益与零极点对系统性能的影响

一．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。

二．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σ%、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σ%和调节时间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σ%和调节时间ts 。

三．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项目，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：

0.1(0.21)

K

s s ，

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“OUT2”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

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

图1-6-2加入闭环极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

1(1)

s +

R9=200K R10=200K C3=5.0uF 将A4的S5、S14拨至开的位置

2(2)s +

R9=500K R10=500K C3=1.0uF 将A5的S4、S11拨至开的位置

5(5)s +

R9=200K R10=200K C3=1.0uF 将A4的S5、S13拨至开的位置

10(10)s +

R9=100K R10=100K C3=1.0uF 将A5的S5、S13拨至开的位置

20

(20)

s+

R9=50K

R10=50K

C3=1.0uF

将A6的S4、

S15拨至开的

位置

50

(50)

s+

R9=200K

R10=200K

C3=0.1uF

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

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

图1-6-3加入闭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

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

参数值

选择拨动开关

2

2

s + R9=30K R10=470K R11=470K C3=1.0uF 将A4的S3、S10拨至开的位置

5

5

s + R9=1.0K R10=200K R11=200K C3=1.0uF 将A4的S4、S11拨至开的位置

10

10

s + R9=1.0K R10=100K R11=100K C3=1.0uF 将A5的S2、S9拨至开的位置

20

20

s +

R9=8.0K R10=41K R11=41K C3=1.0uF 将A6的S1、S8拨至开的位置

50

50

s + R9=1.0K R10=100K R11=100K C3=0.2uF 将A5的S3、S9拨至开的位置

（3） 连接虚拟示波器：