廣西大學實驗報告紙

姓名：指導老師：胡老師成績：

學院：電氣工程學院專業(yè)：自動化班級：

實驗內容：二階采樣系統(tǒng)的瞬態(tài)響應和穩(wěn)定性分析

同組人：

【實驗目的】

1.掌握判斷采樣控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的充要條件；

2.了解采樣周期T對系統(tǒng)的穩(wěn)定性的影響及臨界值得計算；

3.觀察和分析采樣控制系統(tǒng)在不同采樣周期T時的瞬態(tài)響應曲線。

【實驗設備與軟件】

1.labACT實驗臺與虛擬示波器；

2.MATLAB軟件。

【實驗原理】

利用電路進行電機對象進行模擬，電機對象傳遞迪函數(shù)模型近似為，其控制

系統(tǒng)原理圖如下：

2.采樣一保持組件

采樣保持組件如下圖所示LF398功能框圖與弓線圖。

3.采樣控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性判據(jù)

本實驗用于觀察和分析在離散控制系統(tǒng)中采樣周期T對系統(tǒng)的穩(wěn)定性的影響。采

樣系統(tǒng)穩(wěn)定性的充要條件是：系統(tǒng)特征方程的根必須在Z平面的單位圓內，特

征方程式的根與采樣周期T有關，只要特征根的模均小于1,則系統(tǒng)穩(wěn)定。

【實驗內容】

1.用有源放大器模擬永磁他勵控制式直流電機對象；

2.計算使系統(tǒng)穩(wěn)定的臨界采樣周期T；

3.根據(jù)閉環(huán)系統(tǒng)方框圖，自行設計響應的實驗模以電路圖；

4.將采樣周期調整為15ms、30ms>90ms,觀察響應實驗現(xiàn)象，并記錄實驗數(shù)據(jù)，

說明其穩(wěn)定性。

【實驗步驟、接線方法、操作方法】

采樣一保持器的接線方法：

將函數(shù)發(fā)生器B5單元的輸出(S)作為采樣周期。將B5的S1置“階躍”檔，

S2調到22601ns檔。

閉環(huán)系統(tǒng)輸入信號產(chǎn)生的操作方法：

用信號發(fā)生器B1的階躍信號輸出和幅度控制電位器構造輸入信號r(t),即B1

單元中電位器的左邊K3撥下，右邊K4開關撥下。階躍信號輸出調整為2.5V。

運行LABACT程序，選擇“自動控制”菜單下的“采樣系統(tǒng)分析”實驗項目，再

選擇“開始實驗”，就會彈出虛擬示波器，電機“開始”后將自動加載響應源文

件，即可使用實驗機配套的虛擬示波器B3單元的CH1測孔測量的波形。

實驗

數(shù)據(jù)

記錄調節(jié)時

o(%)穩(wěn)定性輸出波形

表：間ts

采樣

周期T

1

15ms68.9%3.66穩(wěn)定

\!\/vy

30ms73.50%5.38穩(wěn)定

1^B3k

A

/I

f,

——/

87ms臨界/

+

2

【實驗分析】

1.計算臨界采樣周期T

系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為

550

G(S)=

0.2S(0.5S+l)s(s+2)

對其進行離散化，即

_or-2T

I-/7550(2T-\+)z+(\--2T)

G(Z)=Z((x———)=12.5eee

S(S+2)2r

S(Z-l)(Z-e-)

令U,S=iw,則可以推出:

22rTT2T

25(l+e-")W+2(11.5^-ll.5-25Te-)w+27-25T+25Te--23e=0

列出ROUTH表

22r_2r

w25T（1+e"）27-25T-25T^-23e

-27,

wU.5e^-11.5-25Te0

w°27-25T+25Te?"-23e"

若要求特征跟的模小于1,須滿足IL5-U.5-25T>0且

27-25T+25T-23>0,即采樣周期T<0.0823s。

與所測得的臨界周期在誤差允許范圍內基本一致，說明實驗測得的數(shù)據(jù)是真

實有效的。

2、當采樣周期小于系統(tǒng)臨界采樣周期時，系統(tǒng)的階躍響應曲線是衰減振蕩的,

且超調量小，調整時間變短。

當采樣周期大于系統(tǒng)臨界采樣周期時，系統(tǒng)的階躍響應曲線是振蕩發(fā)散的，

并且在很短時間內就發(fā)散。

【實驗總結】

1、通過此實驗，我們團隊對判斷采樣控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的充要條件的條件