六开环增益与零极点对系统性能的影响

1、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%、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 %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 %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

2、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：K，0.1s(0.2 s1)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

3、”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

4、 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 %、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

5、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。1极点环节极点传递函数参数值选择拨动开关1(s1)2(s2)5( s5)10( s10)R9=200K将A4的S5、R10=200KS14 拨至开的C3=5.0uF位置R9=500K将A5的S4、R10=500KS11 拨至开的C3=1.0uF位置R9=200K将A4的S5、R10=2

6、00KS13 拨至开的C3=1.0uF位置R9=100K将A5的S5、R10=100KS13 拨至开的C3=1.0uF位置220( s20)50(s50)R9=50K将A6的S4、R10=50KS15 拨至开的C3=1.0uF位置R9=200K将A4的S5、R10=200KS15 拨至开的C3=0.1uF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 %、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

7、、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；3B 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

8、到原始二阶系统中。零点环节零点传递函数选择拨动参数值开关s22s55s1010s2020s5050（ 3）连接虚拟示波器：R9=30K将A4 的R10=470KS3、 S10R11=470K拨 至 开C3=1.0uF的位置R9=1.0K将A4 的R10=200KS4、 S11R11=200K拨 至 开C3=1.0uF的位置R9=1.0K将A5 的R10=100KS2、S9R11=100K拨 至 开C3=1.0uF的位置R9=8.0K将A6 的R10=41KS1、S8R11=41K拨 至 开C3=1.0uF的位置R9=1.0K将A5 的R10=100KS3、S9R11=100K拨 至 开C3=0

9、.2uF的位置4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 %、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 所示图 1-6-4 加入开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A

10、3 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。5极点环节极点传递函数参数值选择拨动开关50(s50)R9=200K将A4的S5、R10=200KS15 拨至开的C3=0.1uF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极点的二阶系统输出响应曲线，

11、记录超调量 %、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（ 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

12、 中的（ 1）、（ 2）搭建原始二阶系统；B 加入开环零点环节6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选择拨动参数值开关s 22s 55s 1010s 2020s 5050R9=30K将A4 的R10=470KS3、 S10R11=470K拨 至 开C3=1.0uF的位置R9=1.0K将A4 的R10=200KS4、 S11R11=200K拨 至 开C3=1.0uF的位置R9=1.0K将A5 的R10=100KS2、S9R11=100K拨 至 开C3=1.0uF的位置R9=8.0K将A6 的R10=41KS1、S8R11=41K拨 至

13、 开C3=1.0uF的位置R9=1.0K将A5 的R10=100KS3、S9R11=100K拨 至 开C3=0.2uF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。7（ 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 %、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：K，K R6/R5，0.1s(0.1s1)22当 R5=100K 时闭环传递函数为

14、：n102 ， K1，0.5 ，222s 2 n sns 10s10n 10。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n 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（ 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“ 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：图中：R1=200K 、R2=200K 、R3=200K 、R4=50K 、R5 可调、R6=100K 、 R7=10K 、R8=10K 、 C1