实验一采样与保持

1、常州大学 信息数理学院计算机控制系统实验报告第一次实验实验名称采样与保持专业自动化1 42实验组别姓名徐亮学号14417228同实验者李国梁、王凯翔记录实验时间2 017年0 6月11日成绩审阅教师、实验目得了解模拟信号到计算机控制得离散信号得转换一采样过程。了解判断采样/保持控制系统稳定性得充要条件.(3)了解采样周期 T 对系统得稳定性得影响。(4)(5) 线.掌握控制系统处于临界稳定状态时得采样周期 T得计算。观察与分析采样/保持控制系统在不同采样周期 T 时得瞬态响应曲二、实验原理及说明采样实验采样实验框图如图所示。计算机通过模 /数转换模块以一定得采样周期对 B9单元产生得正弦波信号

2、采样，并通过上位机显示 .在不同采样周期下，观察比较输入及输出得波形（失真程度）对模拟信号采样首先要确定采样间隔。 采样频率越高，采样点数越密，所 得离散信号就越逼近于原信号。采样频率过低，采样点间隔过远 ，则离散信号不 足以反映原有信号波形特征，无法使信号复原，。合理得采样间隔应该就是即不会造成信号混淆又不过度增加计算机得工作 量。采样时，首先要保证能反映信号得全貌，对瞬态信号应包括整个瞬态过程；信 号采样要有足够得长度，这不但就是为了保证信号得完整，而且就是为了保证有较好得频率分辨率.在信号分析中，采样点数N 般选为 2m得倍数，使用较多得有 51 2、 1024、2048、4 0 9 6

3、 等。采样保持器实验S 平面 如果特征方程得根都在左半S平面，即特征根都具有负实采样/保持控制系统得稳定性分析就是建立在Z变换得基Z平面上分析。S平面与Z平面之间得关系就是：S平面 Z平面上以原点为圆心得单位圆内，S平面得右半平面将映线性连续系统得稳定性得分析就是根据闭环系统特征方程得根在 上得位置来进行得。 部,则系统稳定。？ 础之上，因此必须在 左半平面将映射到 射到Z平面上以原点为圆心得单位圆外.所以采样/保持控制系统稳定得充要条件就是：系统特征方程得根必须在 Z 平面得单位圆内。只要其中有一个特征根在单位圆外 ，系统就不稳定；当有一个根 在Z平面得单位圆上而其她根在单位圆内时 ，系统就

4、处于临界稳定。也就就是 说，只要特征根得模均小于 1,则系统稳定；若有一个特征根得模大于 1,则 系统不稳定。尺0 * e(t) E(z)闭环采样/保持控制系统原理方块图如图所示：图闭环采样/样点上有值，而在采样点之间无值.如其输出以前一时刻得采样值为参考基值进行外推，即可使两个采样点之间为连续信号过度 .可以完成上 述功能得装置或者器件就称为保持器。 因为数/模转换器（D/A）具有两极输出锁 存能力，所以具有零阶保持器得作用。使用了采样保持器后，采样点间得信号就是外推而得得，实际上已含有失真得 成份，因此，采样周期信号频率过低将会影响系统得稳定性。采样周期 T可由用 户在界面上直接修改，在不

5、同采样周期下，观察、比较输出得波形。闭环采样/保持控制系统实验构成电路如图所示， 闭环采样系统实验中被控 对象由积分环节（A3单元）与惯性环节（A5 单元）构成。、实验内容及步骤1.采样实验（1）运行LABACT程序，选择微机控制菜单下得采样与保持菜单下选择采样实 验项目，再选择开始实验，就会弹出虚拟示波器得界面，点击开始后将自动加载相 应源文件，即可选用本实验配套得虚拟示波器（B3）单元得CH 1测孔测量波形。（2）正弦波信号发生器单元（B6）中开关置于 0、11Hz 档，输出正弦波 为SN测孔，调节正弦波信号发生器 B6单元得调频与调幅电位器（正弦波得 幅度为2V，频率为 0、5 Hz ）

6、。（3）函数信号发生器单元（B5 ）得S1置阶跃档（最顶端），S2置到2 60 mS档，调节函数信号发生器（B5 ）单元中得调宽电位器使采样周期信号频率达 到最大（约7 8Hz）.（4）测孔联线1正弦波信号输入B6 输出（S IN）-B3 （虚拟示波器）CH1 （选X1档）2采样周期信号B5 输出(S)- B9 输入(IRQ 7)（5）调节函数信号发生器（B5）单元中得调宽电位器使采样周期信号频率达到 最大（约78 H z）,然后慢慢降低，虚拟示波器显示得正弦波严重失真，记录下此 时得采样周期。2.采样保持器实验（1）运行 LABA CT程序，选择微机控制菜单下得采样与保持菜单下选择采样 /保

7、持实验项目，再选择开始实验，就会弹出虚拟示波器得界面，点击开始后将 自动加载相应源文件，即可使用本实验机配套得虚拟示波器（B3）单元得 CH 1测孔测量波形。（2）将函数发生器（B5）单元得输出（O UT作为系统输入 R。a。将B5单元 得S 1置阶跃档（最顶端）,S2 0、26S档.调节B5单元得调幅电位器 使O UT输出电压为2、5V,调节调宽电位器使 O UT正输出宽度6 秒.（3）安置短路套、联线，构造模拟电路:（a）安置短路套?（ b ）测孔联线模块号，跨接座号A1S 4，S82A231 ,S63A 3S 3,S10 ,S114AS3, S7 ,S105B S-S T(4) 虚拟示波

8、器(B 3)得联接：示波器输入端 CH1 (选XI档)接到 A5单元输出端OUT(C).1 该实验得显示界面得采样周期T (界面右上角)可由用户在界面上直接修改，以期获得理想得实验结果，改变这些参数后，只要再次点击“开始”键，即可使 实验机按照新得控制参数运行。2.采样周期T设定为1 0 ms 30 m s与 50 ms,使用虚拟示波器 CH1通 道观察 A 5单元输出OUT(C)得波形。观察相应实验现象。记录波形，并 判断其稳定性，在表 4 3 -1中填入给此次得各参数与结果。四、实验结果及截图1.采样实验4上.* &-5PI 耳 4 hl -1 T从：4心：山:I L亠耳 叶* I雾 j|

9、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划g和當电純t41： I 酢业a at 心Lilt：囲昨 iTLcioni lFna | 齐 IIII tfg 祁當电 flit pB2 I.W W a承恥i * J: h 鼻卄 pi I 卷 4I 霹y rfrJEl H KI tT前 JJr&4 VlWtJ4 H口工I 曲NU 鼻 3P - * T 4i .； +* :J JrdJ川 JE J3JNL.Tn-炖日曲一, 厂.

10、 ;l*广 ;f - _里他牛斥r if厂1-1 *rC ；2.采样与保持SagR.w采样周期1 Om s，稳定刃彌Hi业空 r泊p| I汝汕11 FM !輯J肝S| * 型 M 整II匕i林申K|牢gM存T严 III倉 mil孟空五E 曰节i哥 JJ M采样周期30ms,衰减振荡-“穴科可THI j g门ri : KL , Fl h ;r 1 -d! *zdHtfkic誓-hL-9川|八小|讥砂利11|川KWft *1 aaa hrcc*砂 狞wtis 齐丹 口工: 品&iag| e|= 坏、a % &医Iff 慕-dAHitrK I IIJi-跡 rtrt一rpirMq 外T輕*I-V舟J1广J1厂1-1. -一aji-muh BZMum dHiMJti Htuzu nxnnn ir-om 4* n.ll；IL,h.mi 陲 | 列