.东南大学自动控制实验室实验报告课程名称：热工过程自动控制原理实验名称：采样控制系统的剖析院（系）：能源与环境学院专业：热能动力姓名：范永学学号：03013409实验室：实验组别：同组人员：实验时间：评定成绩：批阅教师：Word资料.实验八采样控制系统的剖析一、实验目的熟习并掌握Simulink的使用；2.经过本实验进一步理解香农定理和零阶保持器ZOH的原理及其实现方法；研究开环增益K和采样周期T的变化对系统动向性能的影响；二、实验原理采样定理图2-1为信号的采样与恢复的方框图，图中X(t)是t的连续信号，经采样开关采样后，变成失散信号x*(t)。图2-1连续信号的采样与恢复香农采样定理证明要使被采样后的失散信号X*(t)能不失真地恢还原有的连续信号X(t)，其充分条件为：S2max式中S为采样的角频次，max为连续信号的最高角频次。因为S2，因此式可为TTmax为采样周期。采样控制系统性能的研究图2-2为二阶采样控制系统的方块图。图2-2采样控制系统稳固的充要条件是其特点方程的根均位于Z平面上以坐标原点为圆心的单位圆内，且这类系统的动、静态性能均只与采样周期T相关。由图2-2所示系统的开环脉冲传达函数为：25(1eTS)1)Z[2]25(1Z1)Z[10.50.5G(z)Z[2(0.5S]25(1Z2(S2S]S1)S2)SS225(1Z1)Z[TZ0.5Z0.5Z](Z1)2Z1Ze2TWord资料.12.5[(2T1e2T)Z(1e2T2Te2T)](Z1)(Ze2T)闭环脉冲传达函数为：C(z)（e2T）Z(1e2T2Te2T)]12.5[2T1R(z)Z2(1e2T)Ze2T12.5[2T1e2T]Z(1e2T2Te2T)]（e2T）Z(1e2T2Te2T)]12.5[2T1Z2(25T13.511.5e2T)Ze2T(25T11.5)12.5依据上式，依据朱利判据可鉴别该采样控制系统否稳固，并可用迭代法求出该系统的阶跃输出响应。三、实验设施：装有Matlab软件的PC机一台四、实验内容使用Simulink仿真采样控制系统分别改变系统的开环增益K和采样周期TS，研究它们对系统动向性能及稳态精度的影响。五、实验步骤5-1.考证香农采样定理利用Simulink搭建以下对象，如图2-3。图2-3设定正弦波的输入角频次w=5，选择采样时间T分别为0.01s、0.1s和1s，察看输入输出波形，并联合香农定理说明原由，感兴趣的同学能够自选正弦波频次和采样时间T的值.。5-2.采样系统的动向特征利用Simulink搭建以下二阶系统对象，如图2-4。当系统的增益K=10，采样周期T分别取为0.003s，0.03s，0.3s进行仿真切验。改正增益K的值，令K=20，重复实验一次。感兴趣的同学能够自己设定采样时间以及增益K的值，
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能够说明系统的动向特征即可。Word资料.系统对象simulink仿真图：图2-4六、实验数据及剖析5-1.考证香农采样定理Simulink所搭建对象，如上边图2-3所示。1正弦波的输入角频次w=5，采样时间T为0.01s时，输入输出波形为由香农定理推导得D_Dd_____2正弦波的输入角频次w=5，采样时间T为0.1s时，输入输出波形为Word资料.由香农定理推导得______3正弦波的输入角频次w=5，采样时间T为1s时，输入输出波形为由香农定理推导得______________________________5-2.采样系统的动向特征Word.系统的增益K=10时，系统对象simulink仿真图如上边图2-4所示。当系统的增益K=10，采样周期T取为0.003s时此时因为采样周期小，频次高，输入输出曲线几乎重合。当系统的增益K=10，采样周期T取为0.03s时颠簸相关于理想值变大，但此时系统仍旧稳固。当系统的增益K=10，采样周期T取为0.3s时Word.此时因为采样周期很大，频次很小，使系统出现不稳固的现象。系统的增益K=20时，系统对象simulink仿真图：当系统的增益K=20，采样周期T取为0.003s时Word.两曲线基本能够重合。当系统的增益K=20，采样周期T取为0.03s时与K=10时对比，误差已经较为显然，采样图线需要经过很长时间才能趋于稳固。当系统的增益K=20，采样周期T取为0.3s时Word.与K=10时对比，采样图线振荡更加强烈。七、思虑题采样周期T的变化对系统性能的影响？关于有采样器和保持器的反应系统，假如采样周期很短，采样系统就很靠近于连续系统，加大采样周期而不改变系统的整定参数必定会降低系统的稳固性裕量，甚至使系统变成不稳定。可是过分地缩短采样周期会遇到实质设施的限制，并且也失掉了采样控制系统的长处。为何失散后的二阶系统在K大到某一值会产生不稳固？连续二阶线性定常系统，无论开环增益K多大，闭环系统均是稳固的，在加入采样器和零阶保持器后，跟着开环增益增大，系统稳固性也会变化。Word资料
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