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1、自动控制原理实验报告二阶开环及闭环系统的频率特性曲线2012/11/24实验六 二阶开环及闭环系统的频率特性曲线一 .实验目的1. 了解和掌握I型二阶闭环系统中的对数幅频特性L(w)和相频特性9 (w)，实频特性Re(w) 和虚频特性Im(w)的计算。2. 了解和掌握欠阻尼I型二阶闭环系统的自然频率w，阻尼比g对谐振频率w和谐振峰nr值L( w )的影响，以及w和L( w )的计算。r r r3. 了解阻尼比E对开环参数幅值穿越频率w和相位裕度Y的影响及幅值穿越频率w的相cc 位裕度Y的计算。4. 了解和掌握I型二阶死循环系统对数幅频曲线，相频曲线和幅频曲线的构造及绘制方法。二实验原理及说明
2、被测系统的结构图如图所示 图 3-32 被测系统结构图图中所示被测系统的闭环传递函数C (S)R(S)以角频率 w 为参数的闭环系统对幅频特性和相频特性为L(w)=201gl (jw) | e (w) = Z (jw)以角频率 w 为参数的闭环系统实频特性和虚频特性为Re(w)=Ree(jw) =le(jw) lcose(w)Im(w)=Ime(jw)=le(jw)lsine(w)本实验以实验二中的二阶闭环系统模拟电路为例，该系统由一个积分环节和一个惯性环节 构成，令积分时间常数Ti,惯性时间常数为T,开环增益为K,可得w = w1 2g 2r n1L( w )=20lg -r2 和 1 g
3、2自然频率为阻尼比为谐振频率为谐振峰值为w珀丄n TiT1 : Ti2 KT频率测试电路如图所示，其中惯性环节的R用可变电阻代替。 计算欠阻尼二阶闭环系统中的穿越频率wc，相位裕度丫。 幅值穿越频率为w = w X1 + 4g4 - 2g2c n 2L相位裕度为 Y = 180。+e (wc) = arctan 2g2 +、：1 + 4g4Y值越小，M %越大，振荡越厉害；Y值越大，M %小，调节时间t越长，因此为使p p s 二阶闭环系统不至于振荡太厉害及调节时间太长，一般希望30。 y “闭环控制系统的频率特性曲线”- “启东实验项目”命令，弹出实验界面后，就会弹出“频率特性扫描点设置”表
4、，在该表中 用户可根据自己的需要填入各个扫描点角频率，设置完成后，单击“确认”按钮后将弹出“频 率特性曲线”实验界面，单击“开始”按钮，即可按“频率特性扫描点设置”表现的角频率 值，实现频率特性测试。测试结束后，将显示被测系统的闭环对数幅频，相频特性曲线（Bode图）和幅相曲线（奈奎 斯特图），如下图所示。为了便于观察，可以在界面右侧的显示选择中，选择所需观察曲线类型，可以在界面上 将曲线移动后放大。谐振频率和谐振峰值的测试如下。在闭环对数幅频曲线中，移动鼠标到曲线峰值处读出w=14rad/s, L=5.2dB。在闭环对数幅频曲线中，移动L标尺线和w标尺线到曲线峰值，从曲线图左下角读出w 和L
5、（w），并可从闭环对数相频曲线中，读出该角频率。打开测试数据表分析其表，估算出谐振频率值，在闭环对数幅频曲线中，在谐振频率wr 估计值出双击，该点测试完后，在特性曲线将出现黄色的点，同时在界面右侧显示该系统用 户点取的角频率点的w，L，Im，Re,实验结果可与计算值对比。在特性曲线中增添新角频率点：实验机在测试频率特性结束后，在闭环对数幅频曲线和 相频曲线中，双击需增添的新角频率点处，该点测试完后，在特性曲线上将出现黄色的点， 同时在界面右侧显示该系统用户点取的角频率点的w，L，Im，Re，如果增添的角频率 点足够多，则特性曲线将成为近似光滑的曲线。用户只能在幅频或相频特性曲线的界面上单击所需
6、增加的角频率点，无法再幅相曲线的 界面上单击所需增加的角频率点。在测试过程中，可以单击“转到时域显示”，观察单击是角频率点信号在系统中的运行状 况。总的曲线图4040302010102L：20.0200.L11：-21：3C4：-25.30JiBi9L1；01；iOIE00FF2.0.03.04.04.03,02,02.03.04.02.03.03.05.05.0B.O6.0相1 .环-相频特性开环-幅相特性诃环-幅相特性格Y比例闭环-相频特性/丿搜索穿越频率(CJ ) =-161.40 deg闭环信息Re(W)= -0. 17Im (w )= -0. 06fzt - iV *1, -t %
7、rr 进度洁息当前：3= 40. 00 rad/園频率特性曲线200.(0. 00 raii- s20.0200.1：20.0jjO.i：1f 02.00.02.02.04.04.0闲环-幅频特性开环-幅频特性穿越频率：测试数据搜索谐振频率 列孔上%动;匪：J nT开始L(w)=-13.61 dB7 . L 7， I r-Re（3）= -0.89当前：3= 14. 00 rad/s圜频率特性曲线X比例:丽5JC2BQ/格X比例:|l.o zd/格Y比例:|l.o T格犁截图野返回.V ZT- r V r ,十丄s -k V : . . ：,-”r ” .-.vzr1 , r版权所有（C） 20
8、08上海埃威航空电子有限公司影烤碗倍號曲殊沁呀陽材曲八X匕匕例|XbtffllII. i.?FnrarM悭亦爲购邮卒挾和宵加找贝率贞修堆碍 RF 1S回；阪权窗有 CC) 2008上海唆妙航空曰已于看卩艮咎司XiAiV进度信息当前:W= 14. 00 rad/s测试嫩36 C幵女白/衲 Xkteni 11 O 二j/林xtteni闭环-its*刖訓生跑 gwaE ” i 闭环信息1显示选择揣即號去饪:谡耳:够y 事丫* L(w)= 4 44 dJi(3 =-63.55 degJ-1. 14rad/S -25/13dBlKe(w)= 0.T4Im(w)= -1.49开环信息L(O)= 0.83 di$ (W)=-143.75 degKe(w)= -0.89Im(3 )= -0.65 临滋讯环-幅相特性闭环-幅炯特性歼环=愜炯特性搜索穿越频率L(G) )=4. |q dEch(3 )=63. 55 deg Rc (w )-0. 74x比fenl： | lOOfcj用环一相频帰性Im CM)= -J , 491. 12rad/s -25. 17dB菇环相硕特性0.00 rad/sA cdI开殊佰息,L(3)=0. S3 dBcb Cco )=-143. 75 dKRe (W )=
