27.一阶系统响应时间测量实验
RC一阶电路的响应测试实验报告
RC一阶电路的响应测试实验报告实验报告：RC一阶电路的响应测试一、实验目的：1.掌握RC一阶电路的响应特性；2.了解RC一阶电路的时间常数对电路响应的影响；3.学会使用示波器观察电路的动态响应。
二、实验原理：由于充电或放电需要一定的时间，电路的响应是有延迟的。
根据电容充电时间常数τ的不同，可以将RC电路分为快速响应和慢速响应两种情况。
电容C的充电或放电方程为：i(t) = C * dV(t) / dt根据Ohm's Law，电路中的电流和电压之间的关系为：V(t) = VR(t) + VC(t) = i(t) * R + V0 * exp(-t/τ)其中，VR(t)是电阻R上的电压，VC(t)是电容C上的电压，V0是电路初始电压，τ=C*R是电路的时间常数。
当输入信号为直流电压时，电路将会处于稳态，电容将保持充电或放电状态，直到与电源电压相等。
当输入信号为瞬态电压时，电路将会发生响应，电容充放电的过程导致电压变化。
三、实验器材和仪器：1.RC电路板；2.直流电源；3.示波器；4.电阻和电容。
四、实验步骤：1.将示波器的地线和信号触发线接地。
2.按照实际电路中的元件数值，在RC电路板上连接电阻和电容。
3.将示波器的一个探头连接到电阻两端，另一个探头连接到电容的一端。
4.打开直流电源，设定合适的电压大小，使电路处于稳定状态。
5.调整示波器的触发模式和触发电平，保证波形稳定可观察。
6.增加或减小直流电压，观察电路响应，并记录波形。
7.改变电阻或电容的数值，重复步骤6，观察并记录不同响应特性。
8.关闭直流电源和示波器，取下电路连接。
五、实验数据及结果：实验中，我们首先建立了一个由1000Ω电阻和0.1μF电容串联组成的RC电路。
然后，我们分别给电路输入不同幅值和时间常数的矩形波信号，观察电路的响应。
1.输入直流电压的稳态响应：当输入直流电压时，电路处于稳态，电容已经充电到与电源电压相等的电压值。
一阶系统的单位脉冲响应实验遇到的问题及方法
一阶系统的单位脉冲响应实验遇到的问题及方法篇一：一阶系统的单位脉冲响应实验是系统控制领域中的重要实验之一。
在该实验中，我们将单位脉冲输入到一阶系统中，然后观察系统的输出响应。
通过实验结果，我们可以了解系统的动态特性和性能。
然而，在进行一阶系统的单位脉冲响应实验时，可能会遇到一些问题。
以下是一些常见问题及解决方法：1. 实验结果不符合理论预期：实验结果与理论计算结果存在较大差异。
这可能是由于实验中存在系统误差或者实验条件不准确导致的。
解决方法是仔细检查实验装置和仪器的工作状态，保证实验条件的准确性和稳定性。
2. 实验数据噪声较大：实验过程中观测到的信号存在较多的噪声，使得实验结果的准确性受到影响。
解决方法是采用滤波器对信号进行处理，去除噪声的影响。
3. 实验结果不稳定：实验过程中观测到的输出响应存在波动或不稳定的情况。
这可能是由于实验装置或仪器存在问题，导致输出信号不稳定。
解决方法是检查实验装置的连接是否牢固，仪器的工作状态是否正常，并及时修复或更换故障部件。
4. 实验装置响应时间较长：在进行单位脉冲响应实验时，实验装置的响应时间较长，导致实验结果的观测时间较长。
解决方法是优化实验装置的结构和参数设置，以缩短系统的响应时间。
以上仅是一些常见问题及解决方法的示例，具体实验中可能还会遇到其他问题。
为了确保实验结果的准确性，进行单位脉冲响应实验时，需要严格按照实验步骤进行操作，并对实验装置和仪器进行仔细检查和调试。
同时，及时记录和分析实验数据，以便对实验结果进行评估和改进。
篇二：一阶系统的单位脉冲响应实验是探究系统对单位脉冲信号的响应特性的一种实验方法。
在实际操作中，可能会遇到以下问题，并提供相应的解决方法。
问题一: 实验信号幅值较小，难以准确测量响应结果。
解决方法: 可以增加信号源的输出幅度，或者使用放大器对信号进行放大，从而提高信号的测量精度。
问题二: 实验信号存在噪声干扰，影响测量结果的准确性。
解决方法: 可以通过滤波器对信号进行滤波，去除噪声干扰。
19一阶系统动态响应特性参数测定实验
实验十九 一阶系统动态响应特性参数测定实验一. 实验目的掌握用阶跃信号测量一阶系统动态特性的原理，掌握从系统响应信号中测量系统时间常数的方法。
二. 实验原理对温度计、低通滤波器、或忽略质量的弹簧阻尼系统，系统的输入X i (t)和输出X 0(t)可等效为一阶测试系统。
当系统输入为单位阶跃时，相应的微分方程为：(1) 一阶系统的传递函数为： (2)式中，T 为一阶系统的时间常数。
传感器敏感元件的响应输出滞后于物理量的变化，带来误差。
这个误差可以用一阶系统的时间响应常数T 来表示，T 越小，系统响应越快。
系统的时间响应常数可以通过测量系统在单位阶跃信号输入下的响应信号来完成。
对一阶系统来说，对系统输入阶跃信号，测得系统的响应信号。
取系统输出值达到最终稳态值的63%所经过的时间作为时间常数。
如图2所示：图2 一阶系统的时间常数计算三. 实验仪器和设备1. 计算机 1台2. DRVI 快速可重组虚拟仪器平台 1套3. 打印机 1台)(),1(100000t x x x Tdt dx =-=11)()()(0+==s i T s X s X s G 图.1 温度计四. 实验步骤1.运行DRVI主程序，点击DRVI快捷工具条上的"联机注册"图标，选择其中的“DRVI采集仪主卡检测”或“网络在线注册”进行软件注册。
2.在DRVI地址信息栏中输入WEB版实验指导书的地址，在实验目录中选择“一阶系统动态响应特性参数测定”，建立实验环境，测量仿真模型的时间常数。
图3 一阶系统动态响应特性参数测定仿真实验环境下面是该实验的装配图和信号流图，图中线上的数字为连接软件芯片的软件总线数据线号，**IC为使用的软件芯片。
图5 一阶系统动态响应特性参数测定仿真实验环境实验装配图3.取理论时间常数T=0.01s,0.1s,1s时，然后从系统响应曲线计算系统的时间常数。
对比不同时间常数T时系统的时间响应，画出不同T时的时间响应曲线。
RC一阶电路的响应测试实验报告
实验七RC 一阶电路的响应测试一、实验目的1. 测定RC 一阶电路的零输入响应、零状态响应及完全响应。
2. 学习电路时间常数的测量方法。
3. 掌握有关微分电路和积分电路的概念。
4. 进一步学会用示波器观测波形。
二、原理说明1. 动态网络的过渡过程是十分短暂的单次变化过程。
要用普通示波器观察过渡过程和测量有关的参数，就必须使这种单次变化的过程重复出现。
为此，我们利用信号发生器输出的方波来模拟阶跃激励信号，即利用方波输出的上升沿作为零状态响应的正阶跃激励信号；利用方波的下降沿作为零输入响应的负阶跃激励信号。
只要选择方波的重复周期远大于电路的时间常数τ，那么电路在这样的方波序列脉冲信号的激励下，它的响应就和直流电接通与断开的过渡过程是基本相同的。
2.图7-1（b ）所示的RC 一阶电路的零输入响应和零状态响应分别按指数规律衰减和增长，其变化的快慢决定于电路的时间常数τ。
3. 时间常数τ的测定方法: 用示波器测量零输入响应的波形如图7-1(a)所示。
根据一阶微分方程的求解得知u c ＝U m e-t/RC＝U m e-t/τ。
当t ＝τ时，Uc(τ)＝0.368U m 。
此时所对应的时间就等于τ。
亦可用零状态响应波形增加到0.632U m 所对应的时间测得，如图13-1(c)所示。
a) 零输入响应(b) RC 一阶电路(c) 零状态响应图7-14. 微分电路和积分电路是RC 一阶电路中较典型的电路，它对电路元件参数和输入信号的周期有着特定的要求。
一个简单的RC 串联电路，在方波序列脉冲的重复激励下，当满足τ＝RC<<2T 时（T 为方波脉冲的重复周期），且由R 两端的电压作为响应输出，则该电路就是一个微分电路。
因为此时电路的输出信号电压与输入信号电压的微分成正比。
如图0.368ttRCtt0.632+cu uU mcu cu uuU mU mU m7-2(a)所示。
利用微分电路可以将方波转变成尖脉冲。
rc一阶电路的响应测试实验报告
rc一阶电路的响应测试实验报告实验目的，通过实验，了解RC一阶电路对直流电压和交流电压的响应特性，掌握RC一阶电路的响应测试方法及实验步骤。
实验仪器与设备，示波器、信号发生器、电阻箱、电容器、万用表、直流稳压电源、导线等。
实验原理，RC一阶电路是由电阻和电容串联而成的电路。
在实验中，我们将通过对RC电路施加不同的输入信号，观察电路的响应情况，了解电路的频率特性和相位特性。
实验步骤：1. 搭建RC一阶电路。
将电阻和电容串联连接，接入示波器和信号发生器。
调节信号发生器的频率和幅值，使其输出正弦波信号。
2. 测量直流电压响应。
将信号发生器输出直流电压信号，通过示波器观察电路的响应情况。
记录电路的电压响应曲线，并测量电路的时间常数。
3. 测量交流电压响应。
将信号发生器输出交流电压信号，通过示波器观察电路的响应情况。
记录电路的电压响应曲线，并测量电路的频率特性和相位特性。
实验数据与分析：1. 直流电压响应曲线如图所示。
根据实验数据，我们可以得到电路的时间常数τ=RC，其中R为电阻值，C为电容值。
时间常数τ描述了电路对直流信号的响应速度，τ越小，电路的响应速度越快。
2. 交流电压响应曲线如图所示。
根据实验数据，我们可以得到电路的频率特性和相位特性。
当输入信号的频率接近电路的截止频率时，电路的响应幅值将下降，相位延迟将增加。
这表明电路对高频信号的响应能力较弱。
实验结论，通过本次实验，我们深入了解了RC一阶电路对直流电压和交流电压的响应特性。
我们掌握了RC一阶电路的响应测试方法，并通过实验数据分析了电路的时间常数、频率特性和相位特性。
这些知识对于我们理解电路的响应特性，设计滤波器和信号处理器等具有重要的意义。
实验注意事项：1. 在搭建电路时，务必注意电路连接的正确性，避免出现短路或断路等情况。
2. 在测量电路响应时，要注意调节信号发生器的频率和幅值，确保输出信号符合实验要求。
3. 实验过程中要注意安全，避免触电和短路等危险情况的发生。
RC一阶电路的响应测试实验报告
实验七 RC 一阶电路的响应测试一、实验目的1. 测定RC 一阶电路的零输入响应、零状态响应及完全响应。
2. 学习电路时间常数的测量方法。
3. 掌握有关微分电路和积分电路的概念。
4. 进一步学会用示波器观测波形。
二、原理说明1. 动态网络的过渡过程是十分短暂的单次变化过程。
要用普通示波器观察过渡过程和测量有关的参数，就必须使这种单次变化的过程重复出现。
为此，我们利用信号发生器输出的方波来模拟阶跃激励信号，即利用方波输出的上升沿作为零状态响应的正阶跃激励信号；利用方波的下降沿作为零输入响应的负阶跃激励信号。
只要选择方波的重复周期远大于电路的时间常数τ，那么电路在这样的方波序列脉冲信号的激励下，它的响应就和直流电接通与断开的过渡过程是基本相同的。
2.图7-1（b ）所示的 RC 一阶电路的零输入响应和零状态响应分别按指数规律衰减和增长，其变化的快慢决定于电路的时间常数τ。
3. 时间常数τ的测定方法:用示波器测量零输入响应的波形如图7-1(a)所示。
根据一阶微分方程的求解得知u c ＝U m e-t/RC＝U m e-t/τ。
当t ＝τ时，Uc(τ)＝0.368U m 。
此时所对应的时间就等于τ。
亦可用零状态响应波形增加到0.632U m 所对应的时间测得，如图13-1(c)所示。
a) 零输入响应(b) RC 一阶电路 (c) 零状态响应图 7-14. 微分电路和积分电路是RC 一阶电路中较典型的电路， 它对电路元件参数和输入信号的周期有着特定的要求。
一个简单的 RC 串联电路， 在方波序列脉冲的重复激励下， 当满足τ＝RC<<2T时（T 为方波脉冲的重复周期），且由R 两端的电压作为响应输出，则该电路就是一个微分电路。
因为此时电路的输出信号电压与输入信号电压的微分成正比。
如图0.368tttt0.6320000c uuU m c uc uuU m U m U m7-2(a)所示。
利用微分电路可以将方波转变成尖脉冲。
第三章 一阶系统的时间响应
微 分
一阶系统对典型输入信号的响应
输入信号 时域 输入信号 频域 输出响应
微 分
传递函数
(t )
1
1 S 1 S2
1 T e T
t
(t 0)
1(t) t
1 2 t 2
1 e
t T
t 0
t T
t T Te
t 0
t T
1 S3
1 2 t Tt T 2 (1 e 2
t 0
1 T
一阶系统的单位函数响 应函数是一个递增的指 数函数。
一阶系统的时间常数不同，其单位阶跃响应曲线上 升的速度不同，时间常数越大，上升越慢（惯性越 大），反之，依然。
一阶系统过渡过程： •一阶系统的单位阶跃响应曲线从初值上升到稳态值的98%或 稳态值的95%所经历的过程。 过渡过程时间（调整时间）： •一阶系统的单位响应曲线从初值上升到稳态值的98%或稳态 值的95%所经历的时间。 •当⊿取2%时，一阶系统过渡过程时间约为4T。
应用这个结论,在实验建模时,我们只要测到系统的单位脉冲 响函数,然后,对其进行Laplace变换就可以求得系统的传递 函数.这对于所有的线性定常系统都适用.
应用这个结论,在实验建模时,我们只要测到系统的单位脉冲 响函数,然后,对其进行Laplace变换就可以求得系统的传递 函数.这对于所有的线性定常系统都适用.
X o (s) n2 G (s) 2 2 X i ( s ) s 2 n s n
式中， n 称为二阶系统的无阻尼固有频率；
称为系统的阻尼比。 n,是二阶系统的特征参数，表明了
二阶系统与外界无关的特性。
系统的特征方程为
2 s 2 2 n s n 0
信号与系统 一阶网络频响特性测量实验报告
信号与系统实验报告实验名称：一阶网络频响特性测量姓名：学号：班级：时间：一、 实验目的1、 掌握一阶网络的构成方法；2、 掌握一阶网络的系统响应特性；3、 了解一阶网络频响特性图的测量方法；二、实验基本原理系统响应特性是指系统在正弦信号激励下，稳态响应随信号频率变化而变化的特性，称为系统的频率响应特性（frequency response ）简称频响特性。
一阶系统是构成复杂系统的基本单元。
学习一阶系统的特点有助于对一般系统特性的了解。
一阶系统的系统函数为H(s)，表达式可以写成：γ+⋅=s k s H 1)( k 为一常数 (3-1) 激励信号x(t)为：(3-2) 按照系统频响特性的定义可求得该一阶系统的稳态响应为：(3-3)其中⎣⎦00)()(|)(00ϕj j s ej H j H s H Ω=Ω=Ω=，⎣⎦)(00Ω=j H H 。
可见，当改变系统输入信号的频率时，稳态响应的幅度和相位也随之而改变。
因果系统是稳定的要求：0>γ，不失一般性可设τγ1==k 。
该系统的频响特性为：11)(+Ω=Ωτj j H (3-4)从其频响函数中可以看出系统响应呈低通方式，其3dB 带宽点τ1。
系统的频响特性图如下图：θ0()sin()m x t E t=Ω000()sin()ss m y t E H t ϕ=Ω+图1 一阶网络频响特性图一阶低通系统的单位冲击响应与单位阶跃响应如下图：图2 一阶网络单位冲击响应与单位阶跃响应图三、实验内容及结果2、依据表一做出该一阶系统的幅度谱和相位谱幅度谱相位谱3、用矢量作图法作出该一阶系统的幅度谱和相位谱。
分析：得该一阶系统的幅度谱和相位谱如下：幅度谱相位谱4、作出一阶网络的单位阶跃响应波形，标注在阶跃响应最大值的(1-e-1)倍处的时间t的值，与理论值R1C1是否相符。
四、实验分析1、实验所得一阶网络的频响特性图和用矢量作图法所得的频响特性图有何异同？说明原因。
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实验二十七一阶系统响应时间测量实验
1. 简介
对一阶响应实验台，系统的输入xi(t)和输出x0(t)可等效为一阶测试系统。当系统输入为单位阶跃时，相应的微分方程为:
一阶系统的传递函数为:
式中，t为一阶系统的时间常数。
传感器敏感元件的响应输出滞后于物理量的变化，带来误差。这个误差可以用一阶系统的时间响应常数t来表示，t越小，系统响应
越快。系统的时间响应常数可以通过测量系统在单位阶跃信号输入下的响应信号来完成。
通过本实验可以了解一阶系统阶跃响应的基本特性，并计算一阶响应的时间常数。
2. 结构组成
一阶响应系统实验台的结构示意如图1所示，结构总体尺寸为 (长×宽×高)，主要包括的零件有：
图1 一阶响应实验台结构示意图
3. 操作说明
3.1 实验准备
运用一阶响应实验台进行实验教学所需准备的实验设备为：
1. drvi可重组虚拟实验开发平台 1套
2. 一阶响应实验台（lyx-12-a） 1套
3. 温度传感器（lwz-5-a） 1个
4. 套筒（ltz-a） 3个
5. 蓝津数据采集仪（ldaq-epp2） 1台
6. 开关电源（ldy-a） 1套
备齐所需的设备后，将开关电源的12v电源和恒温器背面的接线柱相连，温度传感器的5芯电缆和数据采集仪1通道连接，数据采
集仪通过并口电缆与pc机并口连接。在保证接线无误的情况下，打开恒温器电源开关开始加热。
3.2 实验操作
1. 启动服务器，运行drvi主程序，开启drvi数据采集仪电源，然后点击drvi快捷工具条上的“联机注册”图标，进行主数据采集仪
之间的注册。联机注册成功后，启动drvi内置的“web服务器功能”，开始监听8500端口。
图2 一阶系统响应（服务器端）
2. 启动drvi中的“一阶系统响应（服务器端）”实验脚本。将温度传感器完全旋进套筒内，向容器内加入2/3的清水，打开实验台电
源开关，旋动温度调节开关，选择一个温度开始加温。
3. 点击面板中的“测试”按钮，首先测量常温状态下温度传感器的数值，等加温到恒定温度后，将温度传感器投入到容器中，开始
测量随着温度的升高趋势曲线的变化过程，当温度上升趋势变化到很缓慢的时候停止采样，然后点击“计算时间常数”按钮，此时在数
码框中将显示出时间常数的计算值。
4. 客户端操作。通过网络安装drvi软件在客户端计算机上，在客户端运行drvi软件，首先进行客户端软件的联网注册，注册成功
后打开“一阶系统响应（客户端）”实验脚本，修改网络采集芯片的ip地址和服务器ip地址一致，如图3所示。设定完毕后，在服务
器端进行操作的同时进行客户端的相应操作，得出测量结果。
图3 一阶系统响应（客户端）
5. 更换不同厚度的套筒，再次测量温度响应并记录实验结果。
4. 实验报告要求
1. 简述实验原理和目的
2. 根据实验原理和要求整理出本实验的设计原理图。
附录：
1. 该实验的实验信号处理框图如图4所示
图4 一阶系统响应时间测量实验的信号处理流程图