《东南大学 实验四 系统频率特性地测试实验报告材料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《东南大学 实验四 系统频率特性地测试实验报告材料（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、word东南大学自动控制实验室实 验 报 告课程名称：自动控制原理实验实验名称：实验四系统频率特性的测试院 系： 自动化 专 业： 自动化 姓 名： 学 号：实 验 室： 417 实验组别：同组人员： 实验时间： 2016年12月02日评定成绩： 审阅教师：目 录一.实验目的 3二实验原理 3三. 实验设备 3四.实验线路图 4五、实验步骤 4六、实验数据 5七、报告要求 6八、预习与回答 10九、实验小结 10一、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
2、数学模型是控制系统设计的前提和难点。建模一般有机理建模和辨识建模两种方法。机理建模就是根据系统的物理关系式，推导出系统的数学模型。辨识建模主要是人工或计算机通过实验来建立系统数学模型。两种方法在实际的控制系统设计中，常常是互补运用的。辨识建模又有多种方法。本实验采用开环频率特性测试方法，确定系统传递函数，俗称频域法。还有时域法等。准确的系统建模是很困难的，要用反复屡次，模型还不一定建准。模型只取主要局部，而不是全部参数。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，测幅频特性时，改变正弦信号源的频率测
3、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） 双踪信号比拟法：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，如此相位差。这种方法直观，容易理解。就模拟示波器而言，这种方法用于高频信号测量比拟适宜。（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
4、拟适宜。假如用数字示波器或虚拟示波器，建议用双踪信号比拟法。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THBDC-1型控制理论计算机控制技术实验平台，仪器型号：A0061453，THBDC-1型虚拟示波器。四、实验线路图图1-1 系统频率特性的测试接线图五、实验步骤（1） 如图接线，用实验台上的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） 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
5、，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。f=0.16时要耐心。（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。六、实验数据1数据表格表1-1 开环系统输出电压值随开环增益变化情况频率f(Hz)2图6.1 从图6.1可知，输入波形即蓝色曲线幅度为4.000V，周期T为0.900s，输出波形即红色波形幅度为3.0566V，。七、 报告要
6、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折线式Bode图，并利用拐点在Bode图上求出系统的传递函数。图7.1 实际幅度频率特性曲线图7.2 实际相位频率特性曲线利用cftool拟合幅频特性曲线得到曲线方程为：求其导数，得：分别令过三点，分别作的直线：带入三点可得：对应的故系统传递函数为：图7.3 拟合幅频特性曲线图7.4 切线（2） 用文字简洁表示利用频率特性曲线求取系统传递函数的步骤方法。答：系统的传递函数，在对数频率特性曲线上，分别画出的渐近线，平移这些渐近线与实际曲线相切，渐近线的两两交点即为一个频率转折点，相应的时间常数。在确定好各个
7、环节的时间常数后可以求出放大系数K。（3） 利用上表作出Nyquist图。理论Nyquist图：实际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？答：误差产生原因：实验测量数据的误差，如读数误差等；系统本身电子元器件的误差；实际作图的误差；每一个频率转折点会受到其他转折点的影响，使误差增大。减小误差的方法：输出衰减较小时，将图形放大再进展测量；利用计算机软件作图，减少人为误差；对每个频率转折点进展修正。（5） 实验数据借助MATLAB作图，求系统参数。如上。八、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
8、问题？答：根据实验参数，计算正弦信号幅值的大致X围，进展调节。幅度太大，波形会超出线性变化区域，失真出现谐波；幅度过小，测量不准确，信噪比不够，外界干扰较大。所以在调节过程中要保证输出波形不失真且能够有效测量。（2） 当系统参数未知时，如何确定正弦信号源的频率？答： 应采取逐点法进展描述，从0变化到，得到变化时幅度和相位的值。而从实际操作上看，值过小时无实际意义，应当选取1到100的X围进展测量。（3） 先对本系统进展机理建模，求出开环传递函数。答：该系统由一个比例环节和三个惯性环节组成，开环传递函数为九、实验小结通过这次实验，我掌握了测量幅频和相频曲线的方法，以与模拟示波器的使用方法。在对系统参数未知时，确定正弦信号源的频率和幅值的方法有了一定的解。能够将实际的幅频特性曲线转换成折线式Bode图，并利用拐点求取系统的传递函数，但是对于频率的修正方法不是很了解，希望在以后的学习过程中能够进一步学习到。 /
