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1、频率响应测试37030602王世婷一、 实验目的1 .掌握频率特，性的测试原理及方法；2 .学习根据所测定出的系统的频率特性，确定系统传递函数的方法。二、 实验内容1?测定给定环节的频率特，性。2 .测定环节构成系统的幅频特性及相频特性，测定输入与输出信号幅值占妇2 ,然后计算其比值,计算相位差角三、实验原理若正弦输入信号为=4 sin （初）,则当输出达到稳态时，其输出信号为Un = A2 sin （加 I + ）O改变输入信号频率171值，便可测得二组仍2和巾随f （或3）变化的数值，此规律即为系统的幅频特性和相频特性。1 ?幅频特性即测量输入与输出信号幅值珂妇2 然后计算其比值2?实验采
2、用“李沙育图形”法进行相频特性的测试。原理如下：设有两个正弦信号X(yvt)二 Xm sin(w/)Y(wt) = Y/ti sin( wt + 鸭)若以X为横轴，Y为纵轴，而以3作为参变量，则随着wt学上的李的变化，X (t)和Y (t)所确定的点的轨迹，将在X-Y平面上描绘出一条封闭的曲线。此即为物理 沙育图形，如图所示。y Is不同的正弦波(同频率、不同相位、不同幅度)合成的李萨如图形不同，椭圆长轴方向也分为左倾和右倾如卜图所不图1? 3右图1? 2左倾本文以“/”表示右倾表示左倾3.相位差角的求法对于X(wt) = Xm sin(w/)Y(yvt) = Ym sin(w/ + 鸭)A-
3、4=1A =A2 A0 2arcsin(Y(O) / 打)20 = 一龙 + arcsin(K(O)/ 打)Y(0) = 0; 椭圆左倾时，丫(0)=打疝 )酗), 显然，仅A = arcsin (y (O)/A,)时，上式成立。0A/A/2此实验中，椭圆右倾时，四、实验电路及参数设定1.系统模拟电路图及系统结构图分别如图1? 4及图1? 5 oR5D)WUP 3T VIRH AI2U. K味A晒IU一，PAM1邮:tnU3您一：too(n图1? 4实验电路10图1-5系统结构图山各放大器构成的环节传递函数分别为比例环节积分环节10 1SRGS,故R#C=0.1惯性环节1 一 &0.15 +
4、1 gS + 1g=o ? 1最后一个放大器仅为反相器,R?= RR = IMGR = 100KG,/?2 = lOOKO, & =R,=Rh = IMOM Al, A2为各放大器匹配电阻。系统开环传递函数为：10K100KG(，一 5(0.15+ 1)S2+7OS系统闭环传递函数为：一WOK1 ? 0+1OS + 1OOK鸟二 200W,则200)52+ 10A + 200R) = 500KG,则S、 _500Agio*500五、实验设备数据采集块硬件：HHMN-1型电子模拟机一台、PC机一台、数字式万用表一块、板一软件：MATLAB 软件，Microsoft Windows XP六、实验步
5、骤1 .熟悉HHMNJ型电子模拟机的使用方法。将各运算放大器接成比例器，通电调零2 .断开电源，按照系统结构图和系统传递函数计？算电阻和电容的取值，并按照模拟线路图搭接线路，不用的运算放大器接成比例器。3 .将D/A1与系统输入端UI连接，将A/D1与系统输出端U0连接。4 .进入实验软件系统，在菜单中选择实验项 U,设置相应参数5 .按下红色按钮给电容放电，再打开电子模拟机电源6 .观测实验结果，记录实验数据，并保存实验结果图形。采用示波器观察输入输出波形，“XYGa附观测李沙育图形。7 .矢闭电源，矢闭计？算机，整理仪器。七、实验数据整理1.K 二 2 时表 1-1组数1234567891
6、011f0.51.01.51.792.02.53.03.54.04.55.03. 149.4211.2512. 5715.7122.025. 131.46. 2818. 8528.3AJV11111111111扁方向f/竖官0.441. 101.791.410. 720.410. 200. 130. 071.800. 08yjy1.611.821.921.791.470. 960. 640.450. 340. 270. 24201gYm4. 135. 205.675.063. 35-0. 35-3. 88-6. 9419. 3711.3712. 400. 270. 60 10. 9410. 9
7、60. 750. 640. 440. 380. 300. 290/015.736.9170. 1-90fo6. 3131.4140.2153.9157.7162.5163. 1其中，人即为心,当椭圆右倾时)龙W29肖二-arcsimY (O)/打):当椭圆左倾时，-7TAy/一20= 为 + arcsin (y (O )/ 打)图1-7K=2时对数相频特性由幅频特性与相频特性曲线特点可知，此为二阶系统。因w = 11 ?25 时, A = 90 ,-201g(2) = 5.06w二(4)二 11.25,时二 126.6, ?二 0.39,20% = 8.78O故系统实际闭环传递函数为:G二I
8、J 一 & + &78S +126.6系统理论闭环传递函数为:G(S)二炉+ 10S+200,波特图如下:Boce DiscramQm - hf dB 做 inf rad/3ec). Pm ? 60 CBQ (st 17.3 rsl Aeoigo卜I EOIf Frequency frodbcc: JCr图1? 8系统理论波特图相比之下,有较大出入。且最大幅值 Ym不出现在频率为叫时，与理论相矛盾，可能山仪器测量误差引起2.K 二 5表 1? 2时组数1234567891011f0.51.01.52.02.52.73.03.54.04.55.0W3. 146. 289. 4212. 5715.
9、7116. 9618. 8522.025. 128.331.4AJV11111111111椭圆方向/竖苜0. 180.410. 781.632.682. 782. 361. 130. 640. 350. 161.581.711.992.432.842. 782.451.661. 150. 860. 65201gYm3.974.665.987.719. 078. 887. 784.401.21-1. 3-3.740. 110. 240. 390. 670. 9410. 960. 680. 560.410. 250厂-6.3-13.9-23.0-42. 1-70. 1-90-106. 3? 137
10、.2-145. 9? 155.8-165.5同样的，其中,打即为篇,当椭圆右倾时，It5 P V02肖一 arcsin( Y (0) / 打);当椭圆左倾时，/比-77/f 20 =为 + arcsin (y (0)/ 打)w/rad/s图1-9K=5时对数幅频特性图1-10 K=5时对数相频特性山幅频特性与相频特性曲线特点可知，此为二阶系统。因16.96时，故妙=90。厂 201g(2$) = 8.W”二 W 二 16.96威二 287.6,： = 0.32,2Jw = 10.85故系统实际闭环传递函数为:287.6G(S尸F+10.85$+ 287.6系统理论闭环传递函数为,波特图如下:G(S)二.V2+105 + 500ScA DegramGm ?时 dB (at h: ra Aec). Pm ? 3G.9 cco (at 30 rod.*3W)441: Frequency4 013 16图11系统理论波特图相比之下,仍有较大出入。此次且最大幅值3. 一组图像Ym基本上出现在频率为 处0图1? 12输入输出正弦波I9:j:1:1Jr tI| , 1 1 * -.t|L1*it,、11
