系统频率特性的测试(共10页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业东南大学自动化学院东南大学自动化学院实实 验验 报报 告告课程名称：课程名称：自动控制实验自动控制实验实验名称：实验名称：系统频率特性的测试系统频率特性的测试院院 （系（系） ：专专业：业：姓姓名：名：学学号：号：实实 验验 室：室：实验组别：实验组别：同组人员：同组人员：实验时间：实验时间：2011 年年 11 月月 16日日评定成绩：评定成绩：审阅教师：审阅教师：精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业目目录录一、一、实验目的实验目的 3 3二、二、预习与回答预习与回答 3 3三、三、实验原理实验原理 3 3四、四、实验设备实验设备 4 4五、五

2、、实验线路图实验线路图 4 4六、六、实验步骤实验步骤 4 4七、七、报告要求报告要求 6 6精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业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预习与回答二预习与回答（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？答： 根据实验参数，计算正弦信号幅值的大致范围，然后进行调节，具体确定调节幅值时首先要保证输入信号不失真。同时保证，频率较大时候输出信号衰减后能够测量出来。如果幅度过大，波形超出线性变化区域，产生失真，如果波形较小，

3、后续测量值过小，无法精确测量。（2）当系统参数未知时，如何确定正弦信号源的频率？答： 应采用逐点法进行描述，即 w 从 0 到无穷大，得到变化时幅度和相位的值，从实际操作来看，w 值过小取得的值无意义，因此我们选取 1 到 100 的范围进行测量。（3）先对本系统进行机理建模，求出开环传递函数。答：放大增益为 1 的放大器和三个惯性环节。G（s）=1/(0.1s+1)(0.047s+1)(0.02s+1)。三实验原理三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

4、， 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，要用反复多次，模型还不一定建准。模型只取主要部分，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)()(ioUUA， 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

5、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，测出精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业Y1Y1100K100K100K100K200K200K200K200K100K100K100K100K200K200K200K200K0.470.47 F F0.10.1F F1 1F F正正弦弦信号源信号源虚虚 拟拟 示 波示 波AD1AD1AD2AD2-+-+-+-+波形的周期 T 和相位差t，则相位差0360Tt。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

6、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 图四实验设备四实验设备THBDC-1 实验平台THBDC-1 虚拟示波器五实验线路图五实验线路图六实验步骤六实验步骤（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

7、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，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

8、出双踪不同频率下的t 和 T 填相频数据表，利用公式0360Tt算出相位差。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业频率f(Hz)0.160.320.641.111.592.393.184.786.3711.115.91.02.04.07.010.015.020.030.040.070.0100.02imU8.12288.07568.05198.05197.95757.91307.79227.67417.60337.41447.39082omU7.92057.67416.89495.73794.53363.09332.14881.13340.59030.21250.065420Lg0.219

9、00.44291.34742.94294.88668.158311.18916.612822.198530.854341.0622t0.18730.15430.15520.14660.13270.12730.11960.09260.07710.05410.0373T6.05693.08541.55190.89860.63440.42040.32010.21210.16200.08480.0625011.1318.0036.0058.7375.30109.01134.50157.17171.33229.66214.84w=1.11 时精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业七报告要求七报告要求

10、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。答：相位频率特性曲线精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业幅度频率特性曲线折线式 Bode 图转折点频率分别为 4.2，22，41。求得 T1=0.238，T2=0.045，T3=0.024。传递函数为：G（s）=1/(0.238s+1)(0.045s+1)(0.024s+1)。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业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：系统的传递函数 G（s）=K/(T1s+1)(T2

11、s+1)(T3s+1),在对数频率特性曲线上，分别画出-20db/dec,-40db/dec,-60db/dec 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转折频率点，相应的时间常数 T=1/w，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求出放大系数 K。3、利用上表作出 Nyquist 图。答：精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业实际 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：误差原因：1、实验测量的数据有误差，包括仪器的读书误差 2、系统本身的电子元件有误差，例如电容的标称值与实际值不同，有微小误差 3、作图存在误差 4、每一个转折点受到其他转折点的影响，使误差增大。减小误差的方法：1、输出衰减时候，将输出波形放大后再测量 2、作图时候利用计算机软件，减少人为误差 3、将每个转折点进行修正，减少误差。5、实验数据借助 Matlab 作图，求系统参数。答：作图参数都见问题 1 中。.