《自动控制原理》独立设课实验指导书 实验4 开环增益与零极点对系统性能的影响

《自动控制原理》独立设课实验指导书实验四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．观测原始系统响应波形，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；3K124510波形，记录超调量σ%和调节时间ts。三．实验步骤1．原始二阶系统原始二阶系统模拟电路如图4-1所示，系统开环传递函数为：Ks(0.2s+，图4-1原始二阶系统模拟电路（1）连接虚拟示波器：将实验电路A2的“OUT2”与示波器通道CH2相连接。（2）%、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给原始二阶系统加入闭环极点后的模拟电路如图4-2所示图4-2加入闭环极点的二阶系统模拟电路第1页共9页《自动控制原理》独立设课实验指导书请分别将下表中的极点环节加入到原始二阶系统中，记录阶跃响应曲线。极点环节极点传递函数参数值选择拨动开关1(s+R9=200KR10=200KC3=5.0uF将的S5、S14拨至开的位置2(s+2)R9=500KR10=500KC3=1.0uF将的S4、拨至开的位置5(s+R9=200KR10=200KC3=1.0uF将的S5、S13拨至开的位置(s+R9=100KR10=100KC3=1.0uF将的S5、S13拨至开的位置(s+R9=50KR10=50KC3=1.0uF将的S4、S15拨至开的位置(s+50)R9=200KR10=200KC3=0.1uF将的S5、S15拨至开的位置第2页共9页《自动控制原理》独立设课实验指导书3．闭环零点对原始二阶系统的影响原始二阶系统加入闭环零点后的模拟电路如图4-3所示图4-3加入闭环零点的二阶系统模拟电路请分别将下表中的零点环节加入到原始二阶系统中，记录阶跃响应曲线。零点环节零点传递函数参数值选择拨动开关s+2R9=30KR10=470K将的S3S102C3=1.0uF拨至开的位置s+5R9=1.0KR10=200K将的S4、5C3=1.0uF拨至开的位置s+R9=1.0KR10=100K将的S2、S9C3=1.0uF拨至开的位置s+R9=8.0KR10=41K将的S1、S8C3=1.0uF拨至开的位置s+R9=1.0KR10=100K将的S3、S9C3=0.2uF拨至开的位置第3页共9页《自动控制原理》独立设课实验指导书4．开环极点对原始二阶系统的影响给原始二阶系统加入开环极点后的模拟电路如图4-4所示。图4-4加入开环极点的二阶系统模拟电路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(s+50)R9=200KR10=200KC3=0.1uF将的S5、S15拨至开的位置5．开环零点对原始二阶系统的影响原始二阶系统加入开环零点后的模拟电路如图4-5所示。（1）设置阶跃信号源：AB．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中的（2）搭建原始二阶系统；图4-5加入开环零点的二阶系统模拟电路第4页共9页《自动控制原理》独立设课实验指导书请分别将下表中的零点环节加入到原始二阶系统中，记录阶跃响应曲线。零点环节零点传递函数参数值选择拨动开关s+2R9=30KR10=470K将的S3S102C3=1.0uF拨至开的位置s+5R9=1.0KR10=200K将的S4、5C3=1.0uF拨至开的位置s+R9=1.0KR10=100K将的S2、S9C3=1.0uF拨至开的位置s+R9=8.0KR10=41K将的S1、S8C3=1.0uF拨至开的位置s+R9=1.0KR10=100K将的S3、S9C3=0.2uF拨至开的位置6．开环增益K对二阶系统的影响二阶系统模拟电路如图4-6所示，系统开环传递函数为：Kss+，K＝R6/R5，当R5=100K时闭环传递函数为：ω2210n=s2ss1s2+ζω+ω22+0+102nn，K＝1ζ=0.5，ω=Kζ和n固有频率ω也将发生变化，系统的特性从而改变。n第5页共9页《自动控制原理》独立设课实验指导书图4-6二阶系统模拟电路K＝R6/R5R5的阻值，使K分别取值：12，45，，20四．实验结果根据实验结果填写下表表4.1闭环极点对原始二阶系统的影响超调量峰值时调节时间σ%间tpts极点传递函数实测响应曲线理实理实理实论测论测论测值值值值值值1(s+2(s+2)5(s+(s+第6页共9页《自动控制原理》独立设课实验指导书20(s+20)(s+50)表4.2闭环零点对原始二阶系统的影响超调量峰值时调节时间σ%间tpts零点传递函数实测响应曲线

理实理实理实论测论测论测值值值值值值s+22s+55s+s+s+第7页共9页《自动控制原理》独立设课实验指导书表4.3开环极点对原始二阶系统的影响超调量峰值时调节时间σ%间tpts极点传递函数实测响应曲线

理实理实理实论测论测论测值值值值值值(s+50)表4.4开环零点对原始二阶系统的影响超调量峰值时调节时间σ%间tpts零点传递函数实测响应曲线

理实理实理实论测论测论测值值值值值值s+22s+55s+s+s+第8页共9页《自动控制原理》独立设课实验指导书表4.5开环增益K对二阶系统的影响超调量峰值时调节时间σ%间tpts开环增益K实测响应曲线理实理实理实论测论测论测值值值值值值K=1K=2K=4K=5K=10K=20五．思考题1.开环放大倍数