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1、 东南大学自动化学院课程名称： 自动控制原理实验 实验名称： 系统频率特性的测试 姓 名： 学 号： 专 业： 实 验 室： 实验时间： 2013年11月 22日 同组人员： 评定成绩： 审阅教师： 整理为word格式一、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，而建立系统的数学模型是控制系统设计的重点和难点。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
2、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。此次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。测幅频特性时，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
3、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，椭圆所在的象限，椭圆轨迹的旋转方向这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、预习与回答：
4、（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？答：根据实验参数，计算正弦信号幅值大致的范围，然后进行调节，具体确定调节幅值时，首先要保证输入波形不失真，同时，要保证在频率较大时输出信号衰减后人能够测量出来。如果幅度过大，波形超出线性变化区域，产生失真；如果波形过小，后续测量值过小，无法精确的测量。整理为word格式（2） 当系统参数未知时，如何确定正弦信号源的频率？答：从理论推导的角度看，应该采取逐点法进行描述，即 从0变化到，得到变化时幅度和相位的值。从实际操作来看， 值过小所取得的值无意义，因此我们选取1.0,100.0的范围进行测量。四、实验设
5、备：THBDC-1实验平台THBDC-1虚拟示波器五、实验线路图（模拟实物图）Y1 XorY2100100K200K200K100K100K200K200K0.47F0.1F1F正 弦信号源虚拟示波器AD1AD2-+-+-+-+六、实验步骤：（1）按照试验线路图接线，用U7、U9、U11、U13单元，信号源的输入接“数据采集接口” AD1(蓝色波形)，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，一般赋值过小会出现非线性， 过大则会失真。（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，点“示波器（E）”菜单，
6、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。整理为word格式七、实验数据：（1）数据表格：频率f0.160.320.641.111.592.393.184.786.3711.115.91.02.04.07.010.015.020.030.040.070.0100.025.85005.87
7、05.86925.8285.87425.275.0985.9745.88345.29235.53825.77935.58695.51484.5023.4582.36861.6200.83880.72120.13290.028220Lg-0.1056,-0.2704-0.2989,-0.4146,-3.4237,-6.0429,-9.0868,-14.8169,-18.8959,-34.1511,-43.8119t0.440.1520.1540.1490.1430.12720.1140.0920.0770.0510.0340T6.253.1251.56250.90090.62890.41840.
8、31450.20920.15700.09010.06298.29417.51035.45259.53481.844109.378130.288158.469176.561205.9229.5八实验分析及思考题：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。整理为word格式(1)由实际测量得到的幅度频率特性曲线、相位频率特性曲线、折线式Bode图见坐标纸。由折线式Bode图得到折线频率为w1=6.780,w2=19.181,w3=40，求得T1=0.147,T2=0.052,T3=0.025,即实际
9、开环传递函数为： G（s）=1/(0.147s+1)(0.052s+1)(0.025s+1)(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。 答：系统传递函数表示形式为：。在对数频率特性曲线上分别画出斜率为40dB/dec、20dB/dec、0dB/dec、-20dB/dec、-40dB/dec、-60dB/dec等的渐近线，平移这些渐近线直至与对数频率特性曲线有切点，找出斜率临近的两条渐近线的交点，即为一个转折频率点。求出相应的时间常数，且通过斜率可以判断为惯性环节（在分母上）还是一阶微分环节（在分子上），在确定好各个环节的时间常数后可以确定出常数K。(3)奈奎斯特图整理为word格式(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：有误差的原因：实验测量数据的误差，包括读数误差等；系统本身电子元器件的误差，例如电容的标称值与实际值不同，有微小误差；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。减小误差的的方法：输出衰减较小时，将图形放大再进行测量；实际作图可以利用计算机软件，减小人为作图误差；将每个频率转折点进行修正，减小误差。 友情提示：本资料代表个人观点，如有帮助请下载，谢谢您的浏览！ 整理为word格式
