《信号与系统》课程实验报告

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1、合肥工业大学宣城校区《信号与系统》课程实验报告专业班级学生姓名18《信号与系统》课程实验报告一实验名称一阶系统的阶跃响应姓名系院专业班级学号实验日期指导教师成绩一、实验目的1．熟悉一阶系统的无源和有源电路；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、实验原理1．无零点的一阶系统无零点一阶系统的有源和无源电路图如图2-1的(a)和(b)所示。它们的传递函数均为：(a)有源(b)无源图2-1无零点一阶系统有源、无源电路图2．有零点的一阶系统(

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

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10、)一阶系统有源、无源电路图3．有零点的一阶系统(

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14、)图2-3的(a)和(b)分别为有零点一阶系统的有源和无源电路图，它们的传递函数为：18(a)有源(b)无源图2-3有零点(

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18、)一阶系统有源、无源电路图三、实验步骤1．打开THKSS-A/B/C/D/E型信号与系统实验箱，将实验模块SS02插入实验箱的固定孔中，利用该模块上的单元组成图2

19、-1(a)(或(b))所示的一阶系统模拟电路。2．实验线路检查无误后，打开实验箱右侧总电源开关。3．将“阶跃信号发生器”的输出拨到“正输出”，按下“阶跃按键”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”接到双踪示波器的输入端，然后用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。4．再依次利用实验模块上相关的单元分别组成图2-2(a)(或(b))、2-3(a)(或(b))所示的一阶系统模拟电路，重复实

20、验步骤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该模块上U6单元的不同连接来实现。四、实验结果及分析18实验结果如上图，调节阶跃信号发生器的电位器RP1，得到幅值为1V的电压，将其作为一阶系统的输入信号，即将“阶跃信号发生器”的“输出”端与电路的输入端“Ui”相连，并将电路的输出端“Uo”接到双踪示波器的输入端，然后用示波器观测系统的阶跃响应。调节示波器，在其出现稳定波形后按下方波发生器的按钮，然后在其发生改变的地方定格在屏幕中央，再利用示波器给的标线测出准确的数值，也便于观察。

21、如图所示，测出时间常数T大致为205ms，与理论值0.2s相差很小，在误差允许的范围内。五、实验心得及体会具体见实验四后《信号与系统》课程实验报告二实验名称二阶系统的时域响应姓名系院专业班级学号实验日期指导教师成绩一、实验目的1．掌握用电路模拟二阶系统的实验方法；2．通过实验，进一步了解二阶系统的动态性能与系统阻尼比ξ之间的关系。二、实验原理为了便于理论研究，一般把二阶系统的传递函数写成如下的标准形式：（1）式中：ξ——系统的阻尼比——系统的无阻尼自然频率18图3-1二阶系统方框图与式(1)对应的

22、系统方框图如图3-1所示。任何二阶系统的闭环传递函数都可以表示为式(1)所示的标准形式，但其参数ξ和所包含的内容是不相同的。理论证明：对应于不同的ξ值，系统的单位阶跃响应是不相同的，图3-2中分别示出了：1）0<ξ<1（欠阻尼），2）ξ＝1（临界阻尼），3）ξ>1（过阻尼）三种响应曲线。图3-3为本实验系统的方框图，其闭环传递函数为：由上式得：，图3-2不同ξ值时的阶跃响应曲线若令T1＝0.2s，T2＝0.5s，则＝，ξ＝。显然，只要改变K值，就能同时改变ξ和的值，从而可得到欠阻尼（0<ξ<1）、

23、临界阻尼（ξ＝1）、和过阻尼（ξ>1）三种情况下的阶跃响应曲线。图3-3二阶系统三、实验步骤1．打开THKSS-A/B/C/D/E型信号与系统实验箱，将实验模块SS02插入实验箱的固定孔中，根据开环传递函数G(s)=K/0.5s(0.2s+1)，设计相应的实验电路图（如：“八、附录”18参考实验电路）并用导线连接起来。2．实验线路检查无误后，打开实验箱右侧总电源开关。3．将“阶跃信号发生器”的输出开关拨到“正输出”，按下“阶跃按键”按钮，调节“阶跃信号发生器”的可调电位器RP1，使之输出电压幅值为

24、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”接到双踪示波器的输入端。4．按下“阶跃信号发生器”单元的“阶跃按键”，在慢扫描示波器上观察不同K值：如K＝5(Rx=51k)、0.625(Rx=6.25k)、0.5(Rx=5.1k)时对应的阶跃响应曲线，据此求得相应的σp、tp和ts的值。5．调节K(Rx=12.5k)值，使该二阶系统的阻尼比，观察并记录对应的阶跃响应曲线。注：实验时，实验模块中缺少的电阻，可通过接入实验箱上合适的电位器来实现。