开环增益与零极点对系统性能的影响

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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o %、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O %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O %和调节时间ts。三实验步骤1原始二阶系统K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：0.1s(0.2s 1)图 1-6-

2、1 原始二阶系统模拟电路图中：R1=100K、R2=100K、R3=100K、R4=100K、R5 = 64K、R6=200K、R7=10K、R8=10K、C1=1.0uF、 C2=1.0uF输入阶跃信号，通过示波器观测原始二阶系统输出响应曲线，记录超调量o %、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 1-6-2 所示极点环节极点传递函数参数值C31.0UFR101 1*500KR9、A5500K(s + 2)R9=500KR10=500KC3=1.0uFC31.0UFR10011*200KR9、A4200K(s + 5)

3、R9=200KR10=200KC3=1.0uF闭环极点环节表示不同的极点环节，请分别ZiJ-模拟电路中的将下表中的极点环节加入到原始二阶系统中。C3l.OUFRIO11H1OOK1OOK10(s + 10)R9=100KR10=100KC3=1.0uFC31.0OTRIO5OKR9、A65 OK20(s + 20)R9=50KR10=50KC3=1.0uF输入阶跃信号，通过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G %、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

4、路闭环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RIOR11200K200K10Ks + 55R9=1.0KR10=200KR11=200KC3=1.0uFRIOR11100K100K10Ks +1010R9=1.0KR10=100KR11=100KC3=1.0uF输入阶跃信号，通过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G %、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开环极点环节模拟电路中的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C3| 0.1UFR10*1 1200KR9、為4200K5

5、0(s 50)R9=200KR10=200KC3=0.1uF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开环零点环节模拟电路中的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RIOR11200K200KR9卜 A4i ok ILLs + 55R9=1.0KR10=200KR11=200KC3=1.0uF将A4的S4、 S11 拨至开 的位置RIORll100K100K10K %s +1010R9=1.0KR10=100KR11=100KC3=1.0uF将A

6、5的S2、S9 拨至开 的位置输入阶跃信号，通过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G %、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K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=R6/R5,O.ls(O.ls +1) 2102c L当R5=100K时闭环传递函数为：n二,K=1, C = 0.5 ,s2 + 2匚3 s +3 2 s2 + 10s + 102nn3 = 10。在开环零点、极点保持不变的情况下，改变开环增益K,系统的阻尼系数匚和 n固有频率3 也将发生变化,系统的特性从而改变。n图 1 -6-6 二阶系统模拟电路图中：Rl=

7、200K、R2=200K、R3=200K、R4=50K、R5 可调、R6=100K、R7=10K、R8=10K、 C1=2.0uF、 C2=1.0uFK=R6/R5，调节R5的阻值，使K分别取值：1, 2, 4, 5, 10, 20 输入阶跃信号，通过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 O %、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O %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(S + 2)(s + 5)10(s +10)20(s + 2

8、0)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O %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s + 55s +1010表三 开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O %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50(s + 50)表四 开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O %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s + 5s +1010表五开环增益K对二阶系统的影响开环增益K实测响应曲线超调量(7 %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K=1K=2K=4K=5K=10K=20