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σ%、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σ%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σ%和调节时间ts 。
三．实验步骤在实验中观测实验结果时，可选用普通示波器，也可选用本实验台上的虚拟示波器。
如果选用虚拟示波器，只要运行ACES 程序，选择菜单列表中的相应实验项目，再选择开始实验，就会打开虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验台上的虚拟示波器CH1、CH2两通道观察被测波形。
具体用法参见用户手册中的示波器部分。
1．原始二阶系统实验中所用到的功能区域：阶跃信号、虚拟示波器、实验电路A1、实验电路A2、实验电路A3。
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：0.1(0.21)Ks s ，图1-6-1原始二阶系统模拟电路（1） 设置阶跃信号源：A ．将阶跃信号区的选择开关拨至“0～5V ”；B ．将阶跃信号区的“0～5V ”端子与实验电路A3的“IN32”端子相连接；C ．按压阶跃信号区的红色开关按钮就可以在“0～5V ”端子产生阶跃信号。
（2） 搭建原始二阶系统模拟电路：A ．将A3的“OUT3”与A1的“IN11”、“IN13”同时连接，将A1的“OUT1”与A2的“IN21”相连接，将A2的“OUT2”与A3的“IN33”相连接；B．按照图1-6-1选择拨动开关：图中：R1=200K、R2=200K、R3=200K、R4=100K、R5＝64K、R6=200K、 R7=10K、R8=10K、C1=1.0uF、C2=1.0uF将A3的S5、S6、S10，A1的S3、S6、S9，A2的S3、S8、S13拨至开的位置；（3）连接虚拟示波器：将实验电路A2的“OUT2”与示波器通道CH1相连接。
（4）输入阶跃信号，通过虚拟示波器观测原始二阶系统输出响应曲线，记录超调量σ%、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实验中所用到的功能区域：阶跃信号、虚拟示波器、实验电路A1、实验电路A2、实验电路A3、实验电路A4、实验电路A5、实验电路A6。
给原始二阶系统加入闭环极点后的模拟电路如图1-6-2所示图1-6-2加入闭环极点的二阶系统模拟电路（1）设置阶跃信号源：A．将阶跃信号区的选择开关拨至“0～5V”；B．将阶跃信号区的“0～5V”端子与实验电路A3的“IN32”端子相连接；C．按压阶跃信号区的红色开关按钮就可以在“0～5V”端子产生阶跃信号。
（2）搭建加入闭环极点的二阶系统模拟电路：A．按照步骤1中的（1）、（2）搭建原始二阶系统；B．加入闭环极点环节模拟电路中的表示不同的极点环节，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选择拨动开关1(1)s +R9=200K R10=200K C3=5.0uF 将A4的S5、S14拨至开的位置2(2)s +R9=500K R10=500K C3=1.0uF 将A5的S4、S11拨至开的位置5(5)s +R9=200K R10=200K C3=1.0uF 将A4的S5、S13拨至开的位置10(10)s +R9=100K R10=100K C3=1.0uF 将A5的S5、S13拨至开的位置20(20)s+R9=50KR10=50KC3=1.0uF将A6的S4、S15拨至开的位置50(50)s+R9=200KR10=200KC3=0.1uF将A4的S5、S15拨至开的位置（3）连接虚拟示波器：将实验电路Ax的“OUTX”与示波器通道CH1相连接。
（4）输入阶跃信号，通过虚拟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σ%、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实验中所用到的功能区域：阶跃信号、虚拟示波器、实验电路A1、实验电路A2、实验电路A3、实验电路A4、实验电路A5、实验电路A6。
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路（1）设置阶跃信号源：A．将阶跃信号区的选择开关拨至“0～5V”；B．将阶跃信号区的“0～5V”端子与实验电路A3的“IN32”端子相连接；C．按压阶跃信号区的红色开关按钮就可以在“0～5V”端子产生阶跃信号。
（2）搭建加入闭环零点的二阶系统模拟电路：A．按照步骤1中的（1）、（2）搭建原始二阶系统；B ．加入闭环零点环节模拟电路中的表示不同的零点环节，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选择拨动开关22s + R9=30K R10=470K R11=470K C3=1.0uF 将A4的S3、S10拨至开的位置55s + R9=1.0K R10=200K R11=200K C3=1.0uF 将A4的S4、S11拨至开的位置1010s + R9=1.0K R10=100K R11=100K C3=1.0uF 将A5的S2、S9拨至开的位置2020s +R9=8.0K R10=41K R11=41K C3=1.0uF 将A6的S1、S8拨至开的位置5050s + R9=1.0K R10=100K R11=100K C3=0.2uF 将A5的S3、S9拨至开的位置（3） 连接虚拟示波器：将实验电路Ax的“OUTX”与示波器通道CH1相连接。
（4）输入阶跃信号，通过虚拟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σ%、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实验中所用到的功能区域：阶跃信号、虚拟示波器、实验电路A1、实验电路A2、实验电路A3、实验电路A4、实验电路A5、实验电路A6。
给原始二阶系统加入开环极点后的模拟电路如图1-6-4所示图1-6-4加入开环极点的二阶系统模拟电路（1）设置阶跃信号源：A．将阶跃信号区的选择开关拨至“0～5V”；B．将阶跃信号区的“0～5V”端子与实验电路A3的“IN32”端子相连接；C．按压阶跃信号区的红色开关按钮就可以在“0～5V”端子产生阶跃信号。
（2）搭建加入开环极点的二阶系统模拟电路：A．按照步骤1中的（1）、（2）搭建原始二阶系统；B．加入开环极点环节模拟电路中的表示不同的极点环节，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选择拨动开关50(50)sR9=200KR10=200KC3=0.1uF将A4的S5、S15拨至开的位置（3）连接虚拟示波器：将实验电路Ax的“OUTX”与示波器通道CH1相连接。
（4）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σ%、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实验中所用到的功能区域：阶跃信号、虚拟示波器、实验电路A1、实验电路A2、实验电路A3、实验电路A4、实验电路A5、实验电路A6。
原始二阶系统加入开环零点后的模拟电路如图1-6-5所示图1-6-5加入开环零点的二阶系统模拟电路（1）设置阶跃信号源：A．将阶跃信号区的选择开关拨至“0～5V”；B．将阶跃信号区的“0～5V”端子与实验电路A3的“IN32”端子相连接；C．按压阶跃信号区的红色开关按钮就可以在“0～5V”端子产生阶跃信号。
（2）搭建加入开环零点的二阶系统模拟电路：A．按照步骤1中的（1）、（2）搭建原始二阶系统；B．加入开环零点环节模拟电路中的表示不同的零点环节，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选择拨动开关22s + R9=30K R10=470K R11=470K C3=1.0uF 将A4的S3、S10拨至开的位置55s + R9=1.0K R10=200K R11=200K C3=1.0uF 将A4的S4、S11拨至开的位置1010s + R9=1.0K R10=100K R11=100K C3=1.0uF 将A5的S2、S9拨至开的位置2020s +R9=8.0K R10=41K R11=41K C3=1.0uF 将A6的S1、S8拨至开的位置5050s + R9=1.0K R10=100K R11=100K C3=0.2uF 将A5的S3、S9拨至开的位置（3） 连接虚拟示波器：将实验电路Ax 的“OUTX ”与示波器通道CH1相连接。
（4） 输入阶跃信号，通过虚拟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σ%、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 实验中所用到的功能区域：阶跃信号、虚拟示波器、实验电路A1、实验电路A2、实验电路A3。
二阶系统模拟电路如图1-6-6所示，系统开环传递函数为：0.1(0.11)Ks s +，K ＝R6/R5，当R5=100K 时闭环传递函数为：2222221021010n n n s s s s ωζωω=++++， K ＝1，0.5ζ=，10n ω=。
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ζ和固有频率n ω也将发生变化，系统的特性从而改变。
图1-6-6二阶系统模拟电路（1） 设置阶跃信号源：A ．将阶跃信号区的选择开关拨至“0～5V ”；B ．将阶跃信号区的“0～5V ”端子与实验电路A3的“IN32”端子相连接；C ．按压阶跃信号区的红色开关按钮就可以在“0～5V ”端子产生阶跃信号。
（2） 搭建原始二阶系统模拟电路：A ．将A3的“OUT3”与A1的“IN13”相连接，将A1的“OUT1”与A2的“IN24”相连接，将A2的“OUT2”与A3的“IN33”相连接；B ．按照图1-6-6选择拨动开关：图中：R1=200K 、R2=200K 、R3=200K 、R4=50K 、R5可调、R6=100K 、 R7=10K 、R8=10K 、C1=2.0uF 、C2=1.0uFC ．K ＝R6/R5，调节R5的阻值，使K 分别取值：1，2，4，5，10，20 将A3的S5、S6、S10，A1的S7、S10，A2的S8、S11拨至开的位置；（3） 连接虚拟示波器：将实验电路A2的“OUT2”与示波器通道CH1相连接。
（4） 输入阶跃信号，通过虚拟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σ%、峰值时间tp 和调节时间ts 。