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(自控实验报告5
实 验 报 告
实验名称 离散系统的稳定性分析
系 信息院 专业 自动化 班 1206 姓名 张鹏程 学号 0909122829 授课老师 谭冠政 预定时间 2014-05-27 实验时间 2014-05-27 实验台号 24
一、目的要求
1.掌握香农定理,了解信号的采样保持与采样周期的关系。
2.掌握采样周期对采样系统的稳定性影响。
原理简述
如果控制系统中的所有信号都是时间变量的连续函数,换句话说,这些信号在全部时间上都是已知的,则这样的系统称为连续系统;如果控制系统中有一处或几处信号是一串脉冲或数码,即这些信号仅定义在离散时间上,则这样的系统称为离散系统。通常,把系统中的离散信号是脉冲序列形式的离散系统,称为采样控制系统或脉冲控制系统;而把数字序列形式的离散系统,称为数字控制系统或计算机控制系统。在采样系统中不仅有模拟部件,还有脉冲部件。通常,测量元件、执行元件和被控对象是模拟元件,其输入和输出是连续信号,即时间上和幅值上都连续的信号称模拟信号;而控制器中的脉冲元件,其输入和输出为脉冲序列,即时间上离散而幅值上连续的信号,称为离散模拟信号。为了使两种信号在系统中能互相传递,在连续信号和脉冲序列之间要用采样器,而在脉冲序列和连续信号之间要用保持器,以实现两种信号的转换。采样器和保持器是采样控制系统中两个特殊环节。
本实验采用“采样-保持器”LF398芯片,它具有将连续信号离散后以零阶保持器出
信号的功能。其管脚连接图如5.1-1 所示,采样周期T等于输入至LF398第8脚 (PU) 的脉冲信号周期,此脉冲由多谐振器 (由MC1555和阻容元件构成) 发生的方波经单稳电路 (由MC14538和阻容元件构成) 产生,改变多谐振荡器的周期,即改变采样周期如果控制系统中的所有信号都是时间变量的连续函数,即改变采样周期。
三、仪器设备
PC机一台,TD-ACC+(或TD-ACS)教学实验系统一套。
四、线路示图
闭环采样控制系统
内容步骤
准备:将信号源单元的“ST”的插针和“+5V”插针用“短路块”短接。
2.信号的采样保持实验步骤 :
(1) 按图5.1-3 接线。检查无误后开启设备电源。
(2) 将正弦波单元的正弦信号 (将频率调为2.5HZ) 接至LF398 的输入端“IN1”。
(3) 调节信号源单元的信号频率使“S”端的方波周期为20ms 即采样周期T = 20ms。
(4) 用示波器同时观测LF398 的OUT1 输出和 IN1 输入,此时输出波形和输入波形一致。
(5) 改变采样周期,直到200ms,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 > 200ms 时,没有输出波形,即系统采样失真,从而验证了香农定理。
3.闭环采样控制系统实验步骤
(1) 按图5.1-5 接线。检查无误后开启设备电源。
(2) 取“S”端的方波信号周期T = 20ms。
(3) 阶跃信号的产生:产生1V 的阶跃信号。
(4) 加阶跃信号至r (t),按动阶跃按钮,观察并记录系统的输出波形c (t),测量超调量Mp。
(5) 调节信号源单元的“S”信号频率使周期为50ms 即采样周期T = 50ms。系统加入阶跃信号,观察并记录系统输出波形,测量超调量Mp。
(6) 调节采样周期使T = 120ms,观察并记录系统输出波形。
六、数据处理
采样周期20ms信号未失真
采样周期200ms信号失真
采样周期20ms
采样周期60ms
稳定状态(120ms)
七、分析讨论
1、通过上机实验,理解实践了香农定理,了解了信号的采样保持与采样周期的关系,掌握了采样周期对采样系统的稳定性影响。
2、通过做实验,验证了不同的采样周期会导致系统稳定性不同:
采样周期由小变大的过程可以使采样系统由衰减变振荡发散到趋于稳定!
参考样图:
装 订 线
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装 订 线
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