實(shí)驗(yàn)六開環(huán)增益與零極點(diǎn)對系統(tǒng)性能的影響

1、實(shí)驗(yàn)六 開環(huán)增益與零極點(diǎn)對系統(tǒng)性能的影響一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?研究閉環(huán)、開環(huán)零極點(diǎn)對系統(tǒng)性能的影響；2研究開環(huán)增益對系統(tǒng)性能的影響。二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1搭建原始系統(tǒng)模擬電路，觀測系統(tǒng)響應(yīng)波形，記錄超調(diào)量%、峰值時(shí)間tp和調(diào)節(jié)時(shí)間ts；2分別給原始系統(tǒng)在閉環(huán)和開環(huán)兩種情況下加入不同零極點(diǎn)，觀測加入后的系統(tǒng)響應(yīng)波形，記錄超調(diào)量%和調(diào)節(jié)時(shí)間ts；3改變開環(huán)增益K，取值1，2，4，5，10，20等，觀測系統(tǒng)在不同開環(huán)增益下的響應(yīng)波形，記錄超調(diào)量%和調(diào)節(jié)時(shí)間ts。三實(shí)驗(yàn)步驟在實(shí)驗(yàn)中觀測實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)，可選用普通示波器，也可選用本實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的虛擬示波器。如果選用虛擬示波器，只要運(yùn)行ACES程序，選擇菜單列表中的相應(yīng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，再選

2、擇開始實(shí)驗(yàn)，就會(huì)打開虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開始即可使用本實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的虛擬示波器CH1、CH2兩通道觀察被測波形。具體用法參見用戶手冊中的示波器部分。1原始二階系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中所用到的功能區(qū)域：階躍信號(hào)、虛擬示波器、實(shí)驗(yàn)電路A1、實(shí)驗(yàn)電路A2、實(shí)驗(yàn)電路A3。原始二階系統(tǒng)模擬電路如圖1-6-1所示，系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為：， 圖1-6-1原始二階系統(tǒng)模擬電路（1） 設(shè)置階躍信號(hào)源：A將階躍信號(hào)區(qū)的選擇開關(guān)撥至“05V”；B將階躍信號(hào)區(qū)的“05V”端子與實(shí)驗(yàn)電路A3的“IN32”端子相連接；C按壓階躍信號(hào)區(qū)的紅色開關(guān)按鈕就可以在“05V”端子產(chǎn)生階躍信號(hào)。（2） 搭建原始二階系統(tǒng)模擬電路：A將A3的“OUT3”

3、與A1的“IN11”、“IN13”同時(shí)連接，將A1的“OUT1”與A2的“IN21”相連接，將A2的“OUT2”與A3的“IN33”相連接；B按照圖1-6-1選擇撥動(dòng)開關(guān)：圖中：R1=200K、R2=200K、R3=200K、R4=100K、R564K、R6=200K、 R7=10K、R8=10K、C1=1.0uF、C2=1.0uF將A3的S5、S6、S10，A1的S3、S6、S9，A2的S3、S8、S13撥至開的位置；（3） 連接虛擬示波器：將實(shí)驗(yàn)電路A2的“”與示波器通道CH1相連接。（4） 輸入階躍信號(hào)，通過虛擬示波器觀測原始二階系統(tǒng)輸出響應(yīng)曲線，記錄超調(diào)量%、峰值時(shí)間tp和調(diào)節(jié)時(shí)間ts

4、。2閉環(huán)極點(diǎn)對原始二階系統(tǒng)的影響實(shí)驗(yàn)中所用到的功能區(qū)域：階躍信號(hào)、虛擬示波器、實(shí)驗(yàn)電路A1、實(shí)驗(yàn)電路A2、實(shí)驗(yàn)電路A3、實(shí)驗(yàn)電路A4、實(shí)驗(yàn)電路A5、實(shí)驗(yàn)電路A6。給原始二階系統(tǒng)加入閉環(huán)極點(diǎn)后的模擬電路如圖1-6-2所示圖1-6-2加入閉環(huán)極點(diǎn)的二階系統(tǒng)模擬電路（1） 設(shè)置階躍信號(hào)源：A將階躍信號(hào)區(qū)的選擇開關(guān)撥至“05V”；B將階躍信號(hào)區(qū)的“05V”端子與實(shí)驗(yàn)電路A3的“IN32”端子相連接；C按壓階躍信號(hào)區(qū)的紅色開關(guān)按鈕就可以在“05V”端子產(chǎn)生階躍信號(hào)。（2） 搭建加入閉環(huán)極點(diǎn)的二階系統(tǒng)模擬電路：A按照步驟1中的（1）、（2）搭建原始二階系統(tǒng)；B加入閉環(huán)極點(diǎn)環(huán)節(jié)模擬電路中的表示不同的極點(diǎn)環(huán)節(jié)

5、，請分別將下表中的極點(diǎn)環(huán)節(jié)加入到原始二階系統(tǒng)中。極點(diǎn)環(huán)節(jié)極點(diǎn)傳遞函數(shù)參數(shù)值選擇撥動(dòng)開關(guān)R9=200KR10=200KC3=5.0uF將A4的S5、S14撥至開的位置R9=500KR10=500KC3=1.0uF將A5的S4、S11撥至開的位置R9=200KR10=200KC3=1.0uF將A4的S5、S13撥至開的位置R9=100KR10=100KC3=1.0uF將A5的S5、S13撥至開的位置R9=50KR10=50KC3=1.0uF將A6的S4、S15撥至開的位置R9=200KR10=200KC3=0.1uF將A4的S5、S15撥至開的位置（3） 連接虛擬示波器：將實(shí)驗(yàn)電路Ax的“OUTX

6、”與示波器通道CH1相連接。（4） 輸入階躍信號(hào)，通過虛擬示波器觀測加入閉環(huán)極點(diǎn)的二階系統(tǒng)輸出響應(yīng)曲線，記錄超調(diào)量%、峰值時(shí)間tp和調(diào)節(jié)時(shí)間ts。3閉環(huán)零點(diǎn)對原始二階系統(tǒng)的影響實(shí)驗(yàn)中所用到的功能區(qū)域：階躍信號(hào)、虛擬示波器、實(shí)驗(yàn)電路A1、實(shí)驗(yàn)電路A2、實(shí)驗(yàn)電路A3、實(shí)驗(yàn)電路A4、實(shí)驗(yàn)電路A5、實(shí)驗(yàn)電路A6。原始二階系統(tǒng)加入閉環(huán)零點(diǎn)后的模擬電路如圖1-6-3所示圖1-6-3加入閉環(huán)零點(diǎn)的二階系統(tǒng)模擬電路（1） 設(shè)置階躍信號(hào)源：A將階躍信號(hào)區(qū)的選擇開關(guān)撥至“05V”；B將階躍信號(hào)區(qū)的“05V”端子與實(shí)驗(yàn)電路A3的“IN32”端子相連接；C按壓階躍信號(hào)區(qū)的紅色開關(guān)按鈕就可以在“05V”端子產(chǎn)生階躍信號(hào)

7、。（2） 搭建加入閉環(huán)零點(diǎn)的二階系統(tǒng)模擬電路：A按照步驟1中的（1）、（2）搭建原始二階系統(tǒng)；B加入閉環(huán)零點(diǎn)環(huán)節(jié)模擬電路中的表示不同的零點(diǎn)環(huán)節(jié)，請分別將下表中的零點(diǎn)環(huán)節(jié)加入到原始二階系統(tǒng)中。零點(diǎn)環(huán)節(jié)零點(diǎn)傳遞函數(shù)參數(shù)值選擇撥動(dòng)開關(guān)R9=30KR10=470KR11=470KC3=1.0uF將A4的S3、S10撥至開的位置R9=1.0KR10=200KR11=200KC3=1.0uF將A4的S4、S11撥至開的位置R9=1.0KR10=100KR11=100KC3=1.0uF將A5的S2、S9撥至開的位置R9=8.0KR10=41KR11=41KC3=1.0uF將A6的S1、S8撥至開的位置R9=

8、1.0KR10=100KR11=100KC3=0.2uF將A5的S3、S9撥至開的位置（3） 連接虛擬示波器：將實(shí)驗(yàn)電路Ax的“OUTX”與示波器通道CH1相連接。（4） 輸入階躍信號(hào)，通過虛擬示波器觀測加入閉環(huán)零點(diǎn)的二階系統(tǒng)輸出響應(yīng)曲線，記錄超調(diào)量%、峰值時(shí)間tp和調(diào)節(jié)時(shí)間ts。4開環(huán)極點(diǎn)對原始二階系統(tǒng)的影響實(shí)驗(yàn)中所用到的功能區(qū)域：階躍信號(hào)、虛擬示波器、實(shí)驗(yàn)電路A1、實(shí)驗(yàn)電路A2、實(shí)驗(yàn)電路A3、實(shí)驗(yàn)電路A4、實(shí)驗(yàn)電路A5、實(shí)驗(yàn)電路A6。給原始二階系統(tǒng)加入開環(huán)極點(diǎn)后的模擬電路如圖1-6-4所示圖1-6-4加入開環(huán)極點(diǎn)的二階系統(tǒng)模擬電路（1） 設(shè)置階躍信號(hào)源：A將階躍信號(hào)區(qū)的選擇開關(guān)撥至“05V

9、”；B將階躍信號(hào)區(qū)的“05V”端子與實(shí)驗(yàn)電路A3的“IN32”端子相連接；C按壓階躍信號(hào)區(qū)的紅色開關(guān)按鈕就可以在“05V”端子產(chǎn)生階躍信號(hào)。（2） 搭建加入開環(huán)極點(diǎn)的二階系統(tǒng)模擬電路：A按照步驟1中的（1）、（2）搭建原始二階系統(tǒng)；B加入開環(huán)極點(diǎn)環(huán)節(jié)模擬電路中的表示不同的極點(diǎn)環(huán)節(jié)，請分別將下表中的極點(diǎn)環(huán)節(jié)加入到原始二階系統(tǒng)中。極點(diǎn)環(huán)節(jié)極點(diǎn)傳遞函數(shù)參數(shù)值選擇撥動(dòng)開關(guān)R9=200KR10=200KC3=0.1uF將A4的S5、S15撥至開的位置（3） 連接虛擬示波器：將實(shí)驗(yàn)電路Ax的“OUTX”與示波器通道CH1相連接。（4） 輸入階躍信號(hào)，通過虛擬示波器觀測加入開環(huán)極點(diǎn)的二階系統(tǒng)輸出響應(yīng)曲線，記

10、錄超調(diào)量%、峰值時(shí)間tp和調(diào)節(jié)時(shí)間ts。5開環(huán)零點(diǎn)對原始二階系統(tǒng)的影響實(shí)驗(yàn)中所用到的功能區(qū)域：階躍信號(hào)、虛擬示波器、實(shí)驗(yàn)電路A1、實(shí)驗(yàn)電路A2、實(shí)驗(yàn)電路A3、實(shí)驗(yàn)電路A4、實(shí)驗(yàn)電路A5、實(shí)驗(yàn)電路A6。原始二階系統(tǒng)加入開環(huán)零點(diǎn)后的模擬電路如圖1-6-5所示圖1-6-5加入開環(huán)零點(diǎn)的二階系統(tǒng)模擬電路（1） 設(shè)置階躍信號(hào)源：A將階躍信號(hào)區(qū)的選擇開關(guān)撥至“05V”；B將階躍信號(hào)區(qū)的“05V”端子與實(shí)驗(yàn)電路A3的“IN32”端子相連接；C按壓階躍信號(hào)區(qū)的紅色開關(guān)按鈕就可以在“05V”端子產(chǎn)生階躍信號(hào)。（2） 搭建加入開環(huán)零點(diǎn)的二階系統(tǒng)模擬電路：A按照步驟1中的（1）、（2）搭建原始二階系統(tǒng)；B加入開環(huán)零

11、點(diǎn)環(huán)節(jié)模擬電路中的表示不同的零點(diǎn)環(huán)節(jié)，請分別將下表中的零點(diǎn)環(huán)節(jié)加入到原始二階系統(tǒng)中。零點(diǎn)環(huán)節(jié)零點(diǎn)傳遞函數(shù)參數(shù)值選擇撥動(dòng)開關(guān)R9=30KR10=470KR11=470KC3=1.0uF將A4的S3、S10撥至開的位置R9=1.0KR10=200KR11=200KC3=1.0uF將A4的S4、S11撥至開的位置R9=1.0KR10=100KR11=100KC3=1.0uF將A5的S2、S9撥至開的位置R9=8.0KR10=41KR11=41KC3=1.0uF將A6的S1、S8撥至開的位置R9=1.0KR10=100KR11=100KC3=0.2uF將A5的S3、S9撥至開的位置（3） 連接虛擬示波

12、器：將實(shí)驗(yàn)電路Ax的“OUTX”與示波器通道CH1相連接。（4） 輸入階躍信號(hào)，通過虛擬示波器觀測加入開環(huán)零點(diǎn)的二階系統(tǒng)輸出響應(yīng)曲線，記錄超調(diào)量%、峰值時(shí)間tp和調(diào)節(jié)時(shí)間ts。6開環(huán)增益K對二階系統(tǒng)的影響實(shí)驗(yàn)中所用到的功能區(qū)域：階躍信號(hào)、虛擬示波器、實(shí)驗(yàn)電路A1、實(shí)驗(yàn)電路A2、實(shí)驗(yàn)電路A3。二階系統(tǒng)模擬電路如圖1-6-6所示，系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為：，KR6/R5，當(dāng)R5=100K時(shí)閉環(huán)傳遞函數(shù)為：， K1，。在開環(huán)零點(diǎn)、極點(diǎn)保持不變的情況下，改變開環(huán)增益K，系統(tǒng)的阻尼系數(shù)和固有頻率也將發(fā)生變化，系統(tǒng)的特性從而改變。圖1-6-6二階系統(tǒng)模擬電路（1） 設(shè)置階躍信號(hào)源：A將階躍信號(hào)區(qū)的選擇開關(guān)撥至“

13、05V”；B將階躍信號(hào)區(qū)的“05V”端子與實(shí)驗(yàn)電路A3的“IN32”端子相連接；C按壓階躍信號(hào)區(qū)的紅色開關(guān)按鈕就可以在“05V”端子產(chǎn)生階躍信號(hào)。（2） 搭建原始二階系統(tǒng)模擬電路：A將A3的“OUT3”與A1的“IN13”相連接，將A1的“OUT1”與A2的“IN24”相連接，將A2的“OUT2”與A3的“IN33”相連接；B按照圖1-6-6選擇撥動(dòng)開關(guān)：圖中：R1=200K、R2=200K、R3=200K、R4=50K、R5可調(diào)、R6=100K、 R7=10K、R8=10K、C1=2.0uF、C2=1.0uFCKR6/R5，調(diào)節(jié)R5的阻值，使K分別取值：1，2，4，5，10，20將A3的S5、S6、S10，A1的S7、S10，A2的S8、S11撥至開的位置；（3） 連接虛擬示波器：將實(shí)驗(yàn)電路A2的“”與示波器通道CH1相連接。（4） 輸入階躍信號(hào)，通過虛擬示波器觀測不同開環(huán)增益K下的二階系統(tǒng)輸出響應(yīng)曲線，記錄超調(diào)量%、峰值時(shí)間tp和調(diào)節(jié)時(shí)間ts。四實(shí)驗(yàn)結(jié)果根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果填寫下表表一 閉環(huán)極點(diǎn)對原始二階系統(tǒng)的影響極點(diǎn)傳遞函數(shù)實(shí)測響應(yīng)曲線超調(diào)量%峰值時(shí)間tp調(diào)節(jié)時(shí)間ts理論值實(shí)測值理論值實(shí)測值理論值實(shí)測值表二 閉環(huán)零點(diǎn)對原始二階系統(tǒng)的影響零點(diǎn)傳遞函數(shù)實(shí)測響應(yīng)曲線超調(diào)量%峰值時(shí)間tp調(diào)節(jié)時(shí)間ts理論值實(shí)測值理