1、常州大學 信息數理學院計算機控制系統實驗報告第一次實驗實驗名稱采樣與保持專業自動化1 42實驗組別姓名徐亮學號14417228同實驗者李國梁、王凱翔記錄實驗時間2 017年0 6月11日成績審閱教師、實驗目得了解模擬信號到計算機控制得離散信號得轉換一采樣過程。了解判斷采樣/保持控制系統穩定性得充要條件.(3)了解采樣周期 T 對系統得穩定性得影響。(4)(5) 線.掌握控制系統處于臨界穩定狀態時得采樣周期 T得計算。觀察與分析采樣/保持控制系統在不同采樣周期 T 時得瞬態響應曲二、實驗原理及說明采樣實驗采樣實驗框圖如圖所示。計算機通過模 /數轉換模塊以一定得采樣周期對 B9單元產生得正弦波信號

2、采樣，并通過上位機顯示 .在不同采樣周期下，觀察比較輸入及輸出得波形（失真程度）對模擬信號采樣首先要確定采樣間隔。 采樣頻率越高，采樣點數越密，所 得離散信號就越逼近于原信號。采樣頻率過低，采樣點間隔過遠 ，則離散信號不 足以反映原有信號波形特征，無法使信號復原，。合理得采樣間隔應該就是即不會造成信號混淆又不過度增加計算機得工作 量。采樣時，首先要保證能反映信號得全貌，對瞬態信號應包括整個瞬態過程；信 號采樣要有足夠得長度，這不但就是為了保證信號得完整，而且就是為了保證有較好得頻率分辨率.在信號分析中，采樣點數N 般選為 2m得倍數，使用較多得有 51 2、 1024、2048、4 0 9 6

3、 等。采樣保持器實驗S 平面 如果特征方程得根都在左半S平面，即特征根都具有負實采樣/保持控制系統得穩定性分析就是建立在Z變換得基Z平面上分析。S平面與Z平面之間得關系就是：S平面 Z平面上以原點為圓心得單位圓內，S平面得右半平面將映線性連續系統得穩定性得分析就是根據閉環系統特征方程得根在 上得位置來進行得。 部,則系統穩定。？ 礎之上，因此必須在 左半平面將映射到 射到Z平面上以原點為圓心得單位圓外.所以采樣/保持控制系統穩定得充要條件就是：系統特征方程得根必須在 Z 平面得單位圓內。只要其中有一個特征根在單位圓外 ，系統就不穩定；當有一個根 在Z平面得單位圓上而其她根在單位圓內時 ，系統就

4、處于臨界穩定。也就就是 說，只要特征根得模均小于 1,則系統穩定；若有一個特征根得模大于 1,則 系統不穩定。尺0 * e(t) E(z)閉環采樣/保持控制系統原理方塊圖如圖所示：圖閉環采樣/樣點上有值，而在采樣點之間無值.如其輸出以前一時刻得采樣值為參考基值進行外推，即可使兩個采樣點之間為連續信號過度 .可以完成上 述功能得裝置或者器件就稱為保持器。 因為數/模轉換器（D/A）具有兩極輸出鎖 存能力，所以具有零階保持器得作用。使用了采樣保持器后，采樣點間得信號就是外推而得得，實際上已含有失真得 成份，因此，采樣周期信號頻率過低將會影響系統得穩定性。采樣周期 T可由用 戶在界面上直接修改，在不

5、同采樣周期下，觀察、比較輸出得波形。閉環采樣/保持控制系統實驗構成電路如圖所示， 閉環采樣系統實驗中被控 對象由積分環節（A3單元）與慣性環節（A5 單元）構成。、實驗內容及步驟1.采樣實驗（1）運行LABACT程序，選擇微機控制菜單下得采樣與保持菜單下選擇采樣實 驗項目，再選擇開始實驗，就會彈出虛擬示波器得界面，點擊開始后將自動加載相 應源文件，即可選用本實驗配套得虛擬示波器（B3）單元得CH 1測孔測量波形。（2）正弦波信號發生器單元（B6）中開關置于 0、11Hz' 檔，輸出正弦波 為SN測孔，調節正弦波信號發生器 B6單元得調頻與調幅電位器（正弦波得 幅度為2V，頻率為 0、5

6、 Hz ）。（3）函數信號發生器單元（B5 ）得S1置階躍'檔（最頂端），S2置到2 60 mS檔，調節函數信號發生器（B5 ）單元中得調寬電位器使采樣周期信號頻率達 到最大（約7 8Hz）.（4）測孔聯線1正弦波信號輸入B6 輸出（S IN）-B3 （虛擬示波器）CH1 （選X1檔）2采樣周期信號B5 輸出(S)- B9 輸入(IRQ 7)（5）調節函數信號發生器（B5）單元中得調寬電位器使采樣周期信號頻率達到 最大（約78 H z）,然后慢慢降低，虛擬示波器顯示得正弦波嚴重失真，記錄下此 時得采樣周期。2.采樣保持器實驗（1）運行 LABA CT程序，選擇微機控制菜單下得采樣與保持

7、菜單下選擇采樣 /保持實驗項目，再選擇開始實驗，就會彈出虛擬示波器得界面，點擊開始后將 自動加載相應源文件，即可使用本實驗機配套得虛擬示波器（B3）單元得 CH 1測孔測量波形。（2）將函數發生器（B5）單元得輸出（O UT作為系統輸入 R。a。將B5單元 得S 1置階躍'檔（最頂端）,S2 0、26S'檔.調節B5單元得調幅電位器 使O UT輸出電壓為2、5V,調節調寬電位器使 O UT正輸出寬度6 秒.（3）安置短路套、聯線，構造模擬電路:（a）安置短路套?（ b ）測孔聯線模塊號，跨接座號A1S 4，S82A231 ,S63A 3S 3,S10 ,S114AS3, S7

8、,S105B S-S T'(4) 虛擬示波器(B 3)得聯接：示波器輸入端 CH1 (選XI檔)接到 A5單元輸出端OUT(C).1 該實驗得顯示界面得采樣周期T (界面右上角)可由用戶在界面上直接修改，以期獲得理想得實驗結果，改變這些參數后，只要再次點擊“開始”鍵，即可使 實驗機按照新得控制參數運行。2.采樣周期T設定為1 0 ms >30 m s與 50 ms,使用虛擬示波器 CH1通 道觀察 A 5單元輸出OUT(C)得波形。觀察相應實驗現象。記錄波形，并 判斷其穩定性，在表 4 3 -1中填入給此次得各參數與結果。四、實驗結果及截圖1.采樣實驗4上.* &-5PI

9、 耳 4 hl -1 T從：4心：山:I L亠耳 葉* I霧 j|勺亠口亍詢d j|老QJJL占展JHl丄杓血吐出二勺Ji«-珂 1a*仆曲 si'.-.： «rs- rtmKSta BP 3_L計壯啃用I肝口 "隹IQ蛋就T .*- :? - I !0J 列 e J 占 * 旦三=山也f.2劃g和當電純t41： I 酢業a at 心Lilt：囲昨 iTLcioni lF»na |« 齊 IIII tfg 祁當電 flit pB2« I.W W a承恥i" * J:® h 鼻卄 pi I 卷 4I 霹y r

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