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信号与系统分析实验报告连续系统的时域分析
北京联合大学
实验报告
课程(项目)名称: 信号与系统分析
学 院: 自动化学院 专 业: 信息处理与智能技术
班 级: 0910030204 学 号:2009100302440
姓 名: 韩禹辉 成 绩:
2011年 5 月 21 日
实验二 连续系统的时域分析
冲激响应与阶跃响应实验
一、实验目的
1.观察典型二阶电路的阶跃响应与冲激响应的波形和相关参数,并研究参数变化对响应状态的影响。
2.掌握系统阶跃响应与冲激响应的观测方法。
3.理解系统阶跃响应与冲激响应的关系。
二、实验设备
PC机一台,TD-SAS系列教学实验系统一套。
三、实验原理
本实验是观察典型的二阶系统的阶跃响应和冲激响应的三种不同状态。二阶系统的微分方程通式为:
其特征根为:
对于不同的和值,特征根四种不同的情况,如表2-1-1所示,分别对应两个不等实根、两个相等实根、共轭复根和共轭虚根。相应的冲激响应和阶跃响应波形如图2-1-1所示。
表2-1-1 二阶系统的冲激响应和阶跃响应
冲激响应 阶跃响应 两个不等实根 过阻尼 两个相等实根 临界阻尼 共轭
复根 欠阻尼 共轭
虚根 等幅振荡
图2-1-1二阶系统的冲激响应和阶跃响应
本实验电路采用由运放组成的典型二阶电路,如图2-1-2所示,它与RLC串联电路构成二阶系统完成如图2-1-3所示的功能。实验中通过调节器Rp便可以使系统处于不同的状态。
图2-1-2 由运放构成的二阶电路 图2-1-3 RLC二阶电路
通过电路图可以得到该系统的微分方程为:
从公式可以得到:
由上式得到系统响应的三种状态:
(1)当时,即Rp4KΩ时,系统有两个不等实根,处于过阻尼状态;
(2)当时,即Rp=4KΩ时,系统有两个相等实根处于临界阻尼状态;
(3)当时,即Rp4KΩ时,系统有一对共轭复根,处于欠阻尼状态。
四、实验步骤
本实验在阶跃与冲激响应单元完成。
1.阶跃响应观察
(1)使信号发生器输出幅值2V、频率为1Hz、占空比为50%的脉冲信号,其中每个高电平作为一次阶跃输入。将脉冲信号接入IN端。
(2)用示波器同时测量IN和OUT两端,记录当电位器Rp值分别为1.5K、4K和8K时OUT端的波形。
使用万用表测量电位器阻值时,先关闭实验箱电源开关,将短路块N断开,这样电位器就从电路中断开,并且测量时应当注意表笔的正负端应和测量点的正负端一致。然后再打开实验箱电源开关,测量完后将短路块闭合,使电位器重新接入电路。
(3)分别保存Rp值在上述取值时的阶跃响应波形,并加以比较看是否满足图2-1-1(b)Rp=1.5k时阶跃响应波形图
Rp=4k时阶跃响应波形图
Rp=8k时阶跃响应波形图
2.冲激响应观察
(1)使信号发生器输出幅值2V、频率为1Hz、占空比为1%的脉冲信号,其中每个高电平作为一次阶跃输入。由于此系统的响应时间很慢,所以脉冲信号可以完全代替冲激响应信号。将脉冲信号接入IN端。
(2)用示波器同时测量IN和OUT两端,记录当电位器Rp值分别为1.5K、4K和8K 时OUT端的波形。
(3)分别保存Rp在上述取值时的冲激响应波形,并加以比较看是否满足图2-1-1(a)
Rp=1.5k时冲激响应波形图
Rp=4k时冲激响应波形图
Rp=8k时冲激响应波形图
零输入响应、零状态响应和全响应实验
一、实验目的
1.掌握零输入响应、零状态响应和全响应的意义。
2.了解零输入响应、零状态响应和全响应三者之间的关系。
二、实验设备
PC机一台,TD-SAS系列教学实验系统一套。
三、实验原理及内容
LIT系统的全响应可以分为零输入响应和零状态响应。
零输入响应是系统激励为零时,仅由系统的初始状态引起的响应;零状态响应是系统的初始状态为零时,仅由系统激励所引起的响应;全响应为以上两种响应之和。
以上所述可用公式表示为:
若任何系统要存在初始状态,则系统中必须含有储能元件。当系统激励接入时,若储能元件上存有能量,则系统拥有初始状态。本实验采用的系统电路如图2-2-1所示。
图2-2-1 零输入响应、零状态响应与全响应电路
可以看出系统中提供了两个储能元件2uF电容和1uF电容,其中1uF电容已形成回路无法对其充电,而当开关K2断开时可以对2u
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