实验一采样控制系统的分析

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1、实验一采样控制系统的分析一、实验目的1.熟悉用LF398组成的采样控制系统；2.通过木实验进一步理解香农定理和零阶保持器的原理及其实现方法；3.观察系统在阶跃作用下的稳态误差；4.研究开环增益K和采样周期T的变化对系统动态性能的影响。二、实验设备1.TKCC-1型实验平台2.PC机1台3.数据采集卡一块(含37芯通信线、16芯排线和USB电缆线各1根)三、实验内容1.利用实验平台设计一个对象为二阶环节的模拟电路，并与采样电路组成一个数-模混合系统。2.分别改变系统的开环增益K和采样周期Ts，研究它们对系统动态性能及稳

2、态精度的影响。四、实验原理1.釆样定理图1-1为信号的采样与恢复的方框图，图中X(t)是t的连续信号，经采样开关采样£?，变为离散信号/⑴。x*(t)x(t)>图1-1连续信号的采样与恢复香农釆样定理证明耍使被采样后的离散信号X'(t)能不失真地恢复原有的连续信号X(t)，其充分条件为：叫々Max(1-1)式屮，吟为采样的角频率，％ax为迕续信号的最高角频率。由于％zf，因而式(1-1)可写为T<^-(1-2)T为采样周期。采样控制系统稳定的充耍条件是其特征方程的根均位于Zf•面上以坐标原点为圆心的单位圆内，且这种系

3、统的动、静态性能均只与采样周期T有关。2.釆样控制系统性能的研究R(S)+/OJ1-e/rs25SS(O.5S+1)图1-2二阶采样控制系统方块图图1-2为二阶采样控制系统的方块图，该系统的开环脉冲传递函数为:2561-1G(z)=Z[:U]=25(1-Z-')Z[5z(0.55+l)T/25(1-Z_,)Z[-郎+25]=25(1-z)Z[F—s0.5Z+0.5Z-2T0.50.5S+212.5[2F-1+e—2T]Z+(1-e_2T-2Te_2T)(Z-l)2Z-lZ-e闭环脉冲传递函数为：C(z)12jpr—1

4、+M+Cl一r27-27K27M~R(z)~Z2-(1+e_2r)Z+e_2T^2.5[2T-+e~2T]Z+(]-e~2T-2Te~2T)]12.5[2r-W2rJZ+(l-r27'-27k，2r)J-Z2-(257-13.5+11.5e_2r)Z+e_2r+(12.527-11.5e_2r-257e_2r)根据上式可判别该采样控制系统否稳定，并可用迭代法求出该系统的阶跃输出响应。五、实验步骤1.零阶保持器本实验采用“采样-保持器”组件LF398,它具有将连续信号离散后的零阶保持器输;li信号的功能。图1-3为

5、采样-保持电路。图中MC14538为单稳态电路，改变输入方波信号的周期，即改变采样周期T。方波信号由实验台的低频信号发生器提供。(Z-l)(Z-e-2T接好“采样保持电路”的电源。用上位软件的“信号发生器”输出一个频率为5Hz、幅值为2V的正弦信号输入到“采样保持电路”的信号输入端。在下列几种情况下用示波器观察“采样保持电路”的信号输出端。(1.1)当方波(采样产生)信号为100Hz时；(1.2)当方波(采样产生)信号为50Hz吋；(1.3)当方波(采样产生)信号为10Hz吋。注：方波的幅值要尽可能大。2.采样系统的

6、动态性能根据图1-2二阶采样控制系统方块图，设计井组建该系统的模拟电路，如图图1-4积分单元中取C=luF，R=100K(k=10)时，在r输入端输入一个单位阶跃信号，在下面儿种情况下用上位机软件观测并记录c(t)的输出响应曲线，然后分析其性能指标。(2.1)当采样周期为0.005s(200Hz)吋；(2.2)当采样周期为0.05s(20Hz)吋；(2.3)当采样周期为0.2s(5Hz)时；(2.4)将图1-4巾电容与电阻更换为C=1uF，R=51K(k=20)时，重复步骤2.1、2.2、2.3。注：实验中的采样周期

7、最好小于0.25s(大于4Hz)。六、实验报告要求1.按阁1-2所示的方框阁阃出相应的模拟电路阁；2.研究采样周期T的变化对系统性能的响应。七、实验思考题1.连续二阶线性定常系统，不论开环增益K多大，闭环系统均是稳定的，而为什么离散U•的二阶系统在K大到某一值或采样时间Ts很小时会产生不稔定？2.试分析采样周期T的变化对系统性能的影响?