实验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，选择菜单列表中的相应实验项目，再选

2、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：， 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“05V”；B将阶跃信号区的“05V”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“05V”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”

3、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、R564K、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%、峰值时间tp和调节时间ts

4、。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“05V”；B将阶跃信号区的“05V”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“05V”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

5、，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=200KR10=200KC3=5.0uF将A4的S5、S14拨至开的位置R9=500KR10=500KC3=1.0uF将A5的S4、S11拨至开的位置R9=200KR10=200KC3=1.0uF将A4的S5、S13拨至开的位置R9=100KR10=100KC3=1.0uF将A5的S5、S13拨至开的位置R9=50KR10=50KC3=1.0uF将A6的S4、S15拨至开的位置R9=200KR10=200KC3=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

6、”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、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“05V”；B将阶跃信号区的“05V”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“05V”端子产生阶跃信号

7、。（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R9=30KR10=470KR11=470KC3=1.0uF将A4的S3、S10拨至开的位置R9=1.0KR10=200KR11=200KC3=1.0uF将A4的S4、S11拨至开的位置R9=1.0KR10=100KR11=100KC3=1.0uF将A5的S2、S9拨至开的位置R9=8.0KR10=41KR11=41KC3=1.0uF将A6的S1、S8拨至开的位置R9=

8、1.0KR10=100KR11=100KC3=0.2uF将A5的S3、S9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“05V

9、”；B将阶跃信号区的“05V”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“05V”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。极点环节极点传递函数参数值选择拨动开关R9=200KR10=200KC3=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开环极点的二阶系统输出响应曲线，记

10、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“05V”；B将阶跃信号区的“05V”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“05V”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中的（1）、（2）搭建原始二阶系统；B加入开环零

11、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R9=30KR10=470KR11=470KC3=1.0uF将A4的S3、S10拨至开的位置R9=1.0KR10=200KR11=200KC3=1.0uF将A4的S4、S11拨至开的位置R9=1.0KR10=100KR11=100KC3=1.0uF将A5的S2、S9拨至开的位置R9=8.0KR10=41KR11=41KC3=1.0uF将A6的S1、S8拨至开的位置R9=1.0KR10=100KR11=100KC3=0.2uF将A5的S3、S9拨至开的位置（3） 连接虚拟示波

12、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：，KR6/R5，当R5=100K时闭环传递函数为：， K1，。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（1） 设置阶跃信号源：A将阶跃信号区的选择开关拨至“

13、05V”；B将阶跃信号区的“05V”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“05V”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=2.0uF、C2=1.0uFCKR6/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；（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不同开环增益K下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。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极点传递函数实测响应曲线超调量%峰值时间tp调节时间ts理论值实测值理论值实测值理论值实测值表二 闭环零点对原始二阶系统的影响零点传递函数实测响应曲线超调量%峰值时间tp调节时间ts理论值实测值理