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1、实验报告课程名称： _控制理论 _指导老师： 包哲静 成绩： _ 实验名称： _频率特性的测量 _实验类型： _同组学生姓名： _ 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的1掌握用超低频信号发生器和示波器测定系统或环节频率特性的方法；2了解用 TD4010型频率响应分析测试仪测定系统或环节的频率特性方法；二、实验仪器设备1超低频信号发生器一台；2慢扫描示波器一台；3电子模拟装置一台。三、实验内容与测量方法1测量微分积分环节的频率特性(1) 相频特性相频特性的
2、测试线路如图 4-3-1 所示，其中 R1=10k 、 C1=1uF、 R2=2k 、C2=50uF。测量时，示波器的扫描旋钮指向 X-Y 档。把超低频信号发生器的正弦信号同时送入被测系统和 X 轴，被测系统的输出信号送入示波器 Y 轴，此时在示波器上可得到一李沙育图形。然后将椭圆移至示波器屏幕中间，椭圆与 X 轴两交点的间的距离即为 2X。 ，将 Y 输入接地，此时得到的延 X 轴光线长度即为2Xm，因此求得 sin -1 (2Xo 2Xm), 变化输入信号频率 (rad s) ，即可得到一组 （ ） 。 测量时必须注意椭圆光点的转动方向， 以判别相频特性是超前还是迟后。当系统或环节的相频特
3、性是迟后时，光点为逆时针转动；反之超前时，光点为顺时针转动。测试时， 取值应匀称，否则会影响曲线的准确度，测量数据形式参考表 4-3-1 。专业：电气工程及其自动化姓名：崔鹏程学号： 3110103456 日期： 2013.12.12 地点：教二 213 超低频信号发生器示波器C1C2R1R2微分积分环节YXui uo4-3-1 频率特性的测试线路图(2) 幅频特性幅频特性的测试线路也如图 4-3-1 所示测量时示波器选择停止扫描档，超低频信号发生的正弦信号同时送入 X 轴和被测系统；被测环节的输出信号仍送入 Y 轴；分别将 X 通道和 Y 通道接地，示波器上出现的两条光线对应的两条光线长度为
4、 2Xm、 2Ym，改变频率 ，则可得一组 L（ ） 。2测量二阶系统的闭环频率特性二阶系统的方框图如图 4-3-2 所示。(1) 幅频特性按图 4-3-2 设计实验线路，并接好幅频特性的测试线路。依次改变输入信号频率 ( 按所取频率范围由低到高，测试点自定，但在谐振峰值附近应多测几点 ) ，测量并记录数据。图 4-3-2 二阶系统方框图四、实验要求1写出微分积分环节的传递函数；经过计算可得，微分积分环节的传递函数为1100611000)110)(1100()( 2 sssssG_ + )( sC)( sR 10(0.2 1)s s2把实验的测量数据和理论计算数据整理列表，分别作出 Bode图
5、，并分析实测 Bode图产生误差的原因；微分积分环节的频率特性测量表：(rad/s)f 2mX 02X 2 mY实测 （ ）计 算 （ ） 22 mmYX实测 L（ ）计 算 L（ ）光点转动方向1.00.159155 2 -0.881.68 -26.1038201-25.125091260.84 -1.51441 -1.32388 逆时针2.00.318309 2 -1.21.28 -36.86981143-38.31624042 0.64 -3.8764 -3.77318 逆时针5.00.795773 2 -1.320.68 -41.29977621-42.844813950.34 -9.
6、37042 -9.12862 逆时针8.01.273237 2 -1.120.52 -34.05571811-35.908532140.26 -11.7005 -11.7492 逆时针101.591546 2 -1 0.48 -29.99992985-30.896409430.24 -12.3958 -12.7466 逆时针30 4.774637 2 0 0.36 0 -1.422612687 0.18 -14.8945 -14.8749 507.957729 2 0.440.38 12.7090032812.439532930.19 -14.4249 -14.5777 顺时针8012.732
7、37 2 0.80.44 23.5781233425.220315260.22 -13.1515 -13.5437 顺时针10015.91546 2 1 0.48 29.9999298530.896409430.24 -12.3958 -12.7466 顺时针20031.83091 2 1.360.72 42.8435428642.844813950.36 -8.87395 -9.12862 顺时针30047.74637 2 1.380.98 43.6300068443.720343940.49 -6.19608 -6.6238 顺时针60095.49274 2 1.121.4 34.0557
8、181135.135937820.7 -3.09804 -2.95062 顺时针800127.3237 2 0.961.6 28.6853349429.527483550.8 -1.9382 -1.91384 顺时针1000159.1546 2 0.841.68 24.8345294225.125091260.84 -1.51441 -1.32388 顺时针微分积分环节的频率特性误差表：(rad/s) E( )% E(L)% 1.0 3.895424 14.3923 2.0 3.774976 2.735773 5.0 3.606125 2.648846 8.0 5.159816 0.41382
9、 10 2.901566 2.752358 30 100 0.132192 50 2.166242 1.047678 80 6.511385 2.895322 100 2.901566 2.752358 200 0.002967 2.789782 300 0.206625 6.457407 600 3.074401 4.996333 800 2.852084 1.272936 1000 1.156461 14.3923 二阶系统的闭环频率特性测量和误差表：(rad/s) f （ Hz) 2mX 2 mY实测 L 计算 L E(L)% 3 0.4774637132 2.3 1.213956807
10、1.1781711243.0373926725 0.7957728552 2.8 2.9225607143.0102999572.9146345665.6 0.8912655972 2.9 3.2273600453.4430479546.2644468665.8 0.9230965112 2.983.4637253683.53145704 1.9179525986 0.9549274261.98 2.983.5510214763.5812945450.8453107826.1 0.9708428831.94 2.883.4318151573.5898855044.4032141776.3 1.
11、0026737971.92 2.8 3.2771360533.5712172218.2347600177 1.1140819961.9 2.6 2.72439494 3.09449538511.95996111微分积分环节幅频特性微分积分环节相频特性二阶系统的闭环幅频特性误差分析1. 示波器读取幅值的时候有视差；2. 设备老化，存在误差；3. 电阻及电容等原件非理想原件，存在误差；4. 测量次数过少，存在偶然误差；5. 输入信号不稳定，在不同频率下可能幅度有所波动；传递函数模拟电路图微分积分环节相频特性二阶系统的闭环幅频特性3根据二阶系统的闭环频率特性，估算该系统的时域性能指标。并与理论计算进
12、行比较。实测计算得时域性能指标：由二阶系统的闭环副频特性曲线可以读得 20lgMr 的值约为 3.55 ， r=6 根据 1122MrMrMrMrp e ，可得 %1.18p ；根据 11222rrrprMMMt，可得 st p 439.0 ；根据112322rrrsrMMMt ，可得 sts 871.0Matlab 仿真图形如下理论计算值：根据传递函数10(0.2 1)s s 可求得 42,/25 sradn ，由此可计算得最大超调量 %5.3021ep ；峰值时间 stnp 475.01 2；当采用 5%允许误差时， st ns 22.13；项目 p% t p(s) t s(s) 理论值
13、30.5 0.475 1.22 估算值 18.1 0.439 0.871 误差 E（ %） 40.6 7.5 28.6 误差分析 ：根据频域特性来求时域指标的时候，因为测量点的个数不够，导致未能准确去的谐振峰值的值，造成了较大的误差五、实验思考题1在实验中如何选择输入正弦信号的幅值 ? 答：先将频率调到很大，再是信号幅值应该调节信号发生器的信号增益按钮，令示波器的显示方式为信号时间模式，然后观测输出信号，调节频率，观察在各个频段是否失真。2测试频率特性时，示波器 Y 轴输入开关为什么选择直流 ? 答：因为这样可以较为准确的读出输入信号的幅度3 测试相频特性时， 若把信号发生器的正弦信号送入 Y 轴， 被测系统的输出信号送入 X 轴，则根据椭圆光点的转动方向，如何确定相位的超前和迟后 ? 答：如果输入和输出信号交换输入的话，则判断超前和滞后的方法也要反过来，即顺时针时为滞后，逆时针时为超前。六、心得与体会通过本次实验，加深了我对系统频域特性及时域特性的理解，通过李沙育图形可以更好地观察输入输出信号的幅度变化以为相位变化，同时也学会了使用示波器的 X-Y 模式；实验虽然较为简单，但是在写实验报告的过程中，对于实验中的各个现象进行分析，让我更进一步地掌握了理论知识。
