2022年采样系统的稳定性分析 .pdf

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1、装订实验报告实验名称采样系统的稳定性分析 . 系专业班1 姓名学号授课老师预定时间实验时间实验台号一、目的要求1掌握香农定理，了解信号的采样保持与采样周期的关系。2掌握采样周期对采样系统的稳定性影响。二、原理简述本实验采用“采样保持器”LF398 芯片，它具有将连续信号离散后以零阶保持器输出信号的功能。其管脚连接图如图所示：采样周期 T 等于输入至 LF398第 8 脚 (PU) 的脉冲信号周期，此脉冲由多谐振器 ( 由 MC1555 和阻容元件构成 ) 发生的方波经单稳电路 ( 由 MC14538 和阻容元件构成 ) 产生，改变多谐振荡器的周期，即改变采样周期。图 5.1-2 是 LF398

2、 采样保持器功能的原理方块图：三、仪器设备PC 机一台， TD-ACC+( 或 TD-ACS) 教学实验系统一套。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 8 页 - - - - - - - - - 装订2 四、线路示图1实验对象的结构框图：1 信号的采样保持：电路如图所示：连续信号 x(t) 经采样器采样后变为离散信号x*(t)，香农 (Shannon) 采样定理指出，离散信号 x*(t)可以完满地复原为连续信号条件为：s2max (5.1-1)式中 S 为采样角

3、频率，且，(T 为采样周期 ) ，max为连续信号 x (t) 的幅频谱 | x (j)| 的上限频率。式 (5.1-1) 也可表示为：。若连续信号 x (t) 是角频率为 S = 22.5 的正弦波，它经采样后变为x*(t)，则 x*(t) 经保持器能复原为连续信号的条件是采样周期：， 正弦波max= S5 ，所以2闭环采样控制系统(1) 原理方块图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 8 页 - - - - - - - - - 装订3 (2) 模拟电路图上图

4、所示闭环采样系统的开环脉冲传递函数为：闭环脉冲传递函数为：(5.1-3)闭环采样系统的特征方程式为：(5.1-4)从式 (5.1-4) 知道，特征方程式的根与采样周期T 有关，若特征根的模均小于1，则系统稳定，若有一个特征根的模大于1，则系统不稳定， 因此系统的稳定性与采样周期T 的大小有关。五、内容步骤1准备：将信号源单元的“ST ”的插针和“ 5V”插针用“短路块”短接。2信号的采样保持实验步骤(1) 按图 5.1-3 接线。检查无误后开启设备电源。(2) 将正弦波单元的正弦信号 ( 将频率调为 2.5HZ) 接至 LF398 的输入端“ IN1”。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载

5、 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 8 页 - - - - - - - - - 装订4 (3) 调节信号源单元的信号频率使“S”端的方波周期为20ms 即采样周期 T = 20ms。(4) 用示波器同时观测LF398 的 OUT1 输出和 IN1 输入，此时输出波形和输入波形一致。(5) 改变采样周期，直到200ms ，观测输出波形。此时输出波形仍为输入波形的采样波形，还未失真，但当 T 200ms 时，没有输出波形，即系统采样失真，从而验证了香农定理。3闭环采样控制系统实验步骤(1) 按图5.1-

6、5 接线。检查无误后开启设备电源。(2) 取“S”端的方波信号周期 T = 20ms。(3) 阶跃信号的产生：产生 1V 的阶跃信号。(4) 加阶跃信号至 r (t)，按动阶跃按钮，观察并记录系统的输出波形c (t)，测量超调量 Mp 。(5) 调节信号源单元的“ S”信号频率使周期为 50ms 即采样周期 T = 50ms 。系统加入阶跃信号，观察并记录系统输出波形，测量超调量Mp 。(6) 调节采样周期使 T = 120ms，观察并记录系统输出波形。六、数据处理1. 信号的采样保持实验T=20ms 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - -

7、 - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 8 页 - - - - - - - - - 装订5 T=200ms 2. 闭环采样控制系统实验T=20ms 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 8 页 - - - - - - - - - 装订6 T=50ms T=120ms 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第

8、 6 页，共 8 页 - - - - - - - - - 装订7 七、分析讨论闭环采样控制系统实验的参考波形通过本次实验我对采样控制系统稳定性的充要条件有了初步了解。了解了采样周期T 对系统的稳定性的影响及临界值的计算；T 200ms 时，没有输出波形，即系统采样失真。同时观察和分析了采样控制系统在不同采样周期T时的瞬态响应曲线。 同时也反映出我在理论上的不足，所以在以后我应该多多的看些理论方面的书。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 8 页 - - - - - - - - - 装订8 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 8 页 - - - - - - - - -