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1、Y1Y1 XorY2XorY2100K100K100K100K200K200K200K200K100K100K100K100K200K200K200K200K0.47F0.47F0.1F0.1F1F1F正正 弦弦 信号源信号源虚虚拟拟示波器示波器AD1AD1AD2AD2- +- +- +- +实验三实验三 系统频率特性的测试系统频率特性的测试一、实验目的：一、实验目的： （1）明确测量幅频和相频特性曲线的意义 （2）掌握幅频曲线和相频特性曲线的测量方法 （3）利用幅频曲线求出系统的传递函数二、实验原理：二、实验原理： 在设计控制系统时，首先要建立系统的数学模型，而建立系统的数学模型是控制系统
2、设计的重点和难点。如果系统的各个部分都可以拆开，每个物理参数能独立得到，并能用 物理公式来表达，这属机理建模方式，通常教材中用的是机理建模方式。如果系统的各个 部分无法拆开或不能测量具体的物理量，不能用准确完整的物理关系式表达，真实系统往 往是这样。比如“黑盒” ，那只能用二端口网络纯的实验方法来建立系统的数学模型，实验 建模有多种方法。本实验采用开环频率特性测试方法，确定系统传递函数。准确的系统建 模是很困难的，要用反复多次，模型还不一定建准。另外，利用系统的频率特性可用来分 析和设计控制系统，用 Bode 图设计控制系统就是其中一种。幅频特性就是输出幅度随频率的变化与输入幅度之比，即，测幅
3、频特性)()(io UUA时，改变正弦信号源的频率测出输入信号的幅值或峰峰值和输输出信号的幅值或峰峰值 测相频有两种方法： （1）双踪信号比较法：将正弦信号接系统输入端，同时用双踪示波器的 Y1 和 Y2 测量系统 的输入端和输出端两个正弦波，示波器触发正确的话，可看到两个不同相位的正弦波，测出波形的周期 T 和相位差 t，则相位差。这种方法直观，容易理解。就模拟0360Tt示波器而言，这种方法用于高频信号测量比较合适。 （2）李沙育图形法：将系统输入端的正弦信号接示波器的 X 轴输入，将系统输出端的正弦 信号接示波器的 Y 轴输入，两个正弦波将合成一个椭圆。通过椭圆的切、割比值；椭圆所 在的
4、象限；椭圆轨迹的旋转方向三个要素来决定相位差。就模拟示波器而言，这种方法用 于低频信号测量比较合适。若用数字示波器或虚拟示波器，建议用双踪信号比较法。 利用幅频和相频的实验数据可以作出系统的波 Bode 图和 Nyquist 图三、实验设备：三、实验设备： THBDC-1 实验平台 THBDC-1 虚拟示波器四、实验线路图四、实验线路图（上页）五、实验步骤五、实验步骤 （1）如图接线，用 U7、U9、U11、U13 单元，信号源的输入接“数据采集接口”AD1(兰 色波形),系统输出接“数据采集接口”AD2(红色波形)。 （2）信号源选“正弦波” ，幅度、频率根据实际线路图自定，要预习。 （3）
5、点击屏上 THBDC-1 示波器图标，直接点击“确定” ，进入虚拟示波器界面，点“示 波器（E） ”菜单，选中“幅值自动”和“时基自动” 。在“通道选择”下拉菜单中选“通 道（1-2） ” ， “采样频率”调至“1” 。点“开始采集”后，虚拟示波器可看到正弦波，再点 “停止采集” ，波形将被锁住，利用示波器“双十跟踪”可准确读出波形的幅度。改变信号 源的频率，分别读出系统输入和输出的峰峰值，填入幅频数据表中。（4）测出双踪不同频率下的 t 和 T 填相频数据表，利用公式算出相位差。0360Tt频率 f0.160.320.641.111.592.393.184.786.3711.115.91.0
6、2.04.07.010.015.020.030.040.070.0100.02imU2omUUimUomA2220LgAtT0六、预习与回答：六、预习与回答： （1）实验时，如何确定正弦信号的幅值？幅度太大会出现什么问题，幅度过小又会出现 什么问题？ （2）当系统参数未知时，如何确定正弦信号源的频率？七、报告要求：七、报告要求： （1）画出系统的实际幅度频率特性曲线、相位频率特性曲线，并将实际幅度频率特性曲线 转换成 Bode 图，在 Bode 图上求出系统的传递函数。 （2）用文字简洁叙述利用频率特性曲线求取系统传递函数的步骤方法。 （3）利用上表作出 Nyquist 图。 （4）实验求出的系统模型和电路理论值有误差，为什么？如何减小误差？
