实验三 一阶系统的脉冲响应与阶跃响应

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1、实验三一阶系统的脉冲响应与阶跃响应一、实验目的1.熟悉一阶系统的无源和有源模拟电路；2．研究一阶系统时间常数T的变化对系统性能的影响；3．研究一阶系统的零点对系统响应的影响。二、实验设备1．THBCC-1型信号与系统·控制理论及计算机控制技术实验平台2．PC机（安装“THBCC-1”软件）三、实验内容1．无零点时的单位阶跃响应（无源、有源）；2．有零点时的单位阶跃响应（无源、有源）；四、实验原理1.无零点的一阶系统无零点一阶系统的有源和无源模拟电路图如图3－1的(a)和(b)所示。它们的传递函数均为(a)

2、(b)图3－1无零点一阶系统有源、无源电路图2．有零点的一阶系统(

3、Z

4、<

5、P

6、)图3－2的(a)和(b)分别为有零点一阶系统的有源和无源模拟电路图，他们的传递函数为：(a)(b)图3－2有零点(

7、Z

8、<

9、P

10、)一阶系统有源、无源电路图3．有零点的一阶系统(

11、Z

12、>

13、P

14、)图3－3的(a)和(b)分别为有零点一阶系统的有源和无源模拟电路图，他们的传递函数为：（a）（b）图3－3有零点(

15、Z

16、<

17、P

18、)一阶系统有源、无源电路图五、实验步骤1.利用实验台上相关的单元组成图3－1(a)（或(b)）所示的一阶系统

19、模拟电路；2．将“阶跃信号发生器”的输出拔到“正输出”，按下“阶跃信号发生器”的按钮，调节电位器RP1，使之输出电压幅值为1V，并将“阶跃信号发生器”的“输出端与电路的输入端“Ui”相连，电路的输出端“Uo”接到“数据采集接口单元”的AD1输入端，然后用虚拟示波器观测系统的阶跃响应，并由曲线实测一阶系统的时间常数T；3．将步骤2中一阶系统的输入端“Ui”改接至“数据采集接口单元”的DA1输出端。打开“THBCC-1”软件的“信号发生器”窗口，选择“方波”，频率为0.1Hz，幅值为2V，占空比为5%，偏移为

20、2V。再点击“启动”按钮。用虚拟示波器观测系统的脉冲响应。4．再依次利用实验台上相关的单元分别组成图3－2(a)（或(b)）、3－3(a)（或(b)）所示的一阶系统模拟电路，重复实验步骤2、3，观察并记录实验曲线。注：本实验所需的无源电路单元均可通过面板上的U20单元的不同接线来实现。六、实验报告根据测得的无零点一阶系统阶跃响应曲线，测出其时间常数；七、实验思考题简述根据一阶系统阶跃响应曲线确定系统的时间常数T的两种常用的方法。八、附录1．无零点的一阶系统根据，令则对上式取拉氏反变换得当时，则上式表明，单

21、位阶跃响应曲线上升到稳态值的63.2%时对应的时间，就是系统的时间常数T=0.2S。图3－4为系统的单位阶跃响应曲线。图3-4无零点一阶系统的单位阶跃响应曲线2．有零点的一阶系统(

22、Z

23、<

24、P

25、)由传递函数G(S)，求得系统单位阶跃的输出即图3－5为系统的单位阶跃响应曲线。图3-5有零点一阶系统(

26、Z

27、<

28、P

29、)的单位阶跃响应曲线3．有零点的一阶系统(

30、Z

31、>

32、P

33、)在单位阶跃输入时，系统的输出为：即图3－6为该系统得单位阶跃响应。图3-6有零点一阶系统(

34、Z

35、>

36、P

37、)的单位阶跃响应曲线