实验五采样控制系统的分析

自动控制原理实验报告第1页共5页一、实验目的：1.了解：采样保持环节的基本原理。2.理解：采样周期T的大小对该系统性能的影响。3.熟练：香农采样定理和零阶保持器ZOH的原理及其实现方法。二、实验原理图5—1为信号的采样与恢复的方块图。图中X(t)是t的连续信号，经采样开关采样后，变为离散信号X*(t)。图5-1连续信号的采样与恢复香农采样定理证明要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：ωs≥2ωmax………………………①式中ωs为采样的角频率，ωmax为连续信号的最高角频率。由于ωs=，因而式①可改写为T为采样周期。采样控制系统稳定的充要条件是其特征方程的根均位于Z平面上以作标原点为圆心的单位圆内，且这种系统的动、静态性能均只与采样周期T有关。三、实验内容1．信号的采样与恢复本实验采用“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出信号的功能。图5-2为采样—保持电路。图中MC1555为产生方波的多谐振荡，MC14538为单稳态电路。改变多谐振荡器的周期，即改变采样周期T。图5-3为LF398的接线图。图5-2采样保持电路图5-3LF398连接图自动控制原理实验报告第2页共5页2．闭环采样控制系统的研究图5-4为采样控制系统的方块图，图中为零阶保持器ZOH的传递函数，图5-5为该系统的模拟电路图。图5-4采样控制系统方块图图5-5闭环采样系统的电路模拟图图5-4所示系统的开环脉冲传递函数为：闭环脉冲传递函数为：自动控制原理实验报告第3页共5页根据上式可判别该采样控制系统是否稳定，并可用迭代法求出该系统的阶跃输出响应。四、实验步骤准备：将信号发生器单元U1的ST端和+5V端用“短路块”短接。实验步骤：(1)信号的采样保持与采样周期的关系①按图5-2接线。②将U2正弦信号发生器单元的频率为2Hz的正弦信号接至LF398的输入端。③将U1信号发生器单元的波段开关S12置于“T2”档，调节调频电位器W11使采样周期T=50ms。④用示波器同时观测LF398的输出波形和输入波形。此时输出波形和输入波形一致。⑤改变采样周期，直至250ms，观测输出波形。此时输出波形仍为输入波形的采样波形，还未失真，但当T＞250ms时，没有输出波形，即系统采样失真，从而验证了香农定理。(2)采样系统的稳定性及瞬态响应①按图5-5接线。②取T=3ms。③加阶跃信号r(t)，观察并记录系统的输出波形C(t)，测量超调量Mp。④将信号发生器单元的波段开关S12置于“T2”档，调节调频电位器W11使采样周期T=30ms，系统加入阶跃信号，观察并记录系统输出波形，测出超调量Mp。⑤调节电位器W11使采样周期T=150ms，观察并记录系统的输出波形。五、实验数据处理自动控制原理实验报告第4页共5页自动控制原理实验报告第5页共5页