中南大学机械工程控制实验报告 .doc

中 南 大 学 机械工程控制基础实验报告 机电工程 学院 机械设计 专业 班 同组人 成绩姓 名 学号 指导老师 实验日期 2013 年 11 月 30 日实 验 名 称 一阶 RC 电路的频率特性 一、实验目的1、研究频率特性的测定方法；2、研究一阶RC串联电路的频率特性；3、研究电路参数对频率特性的影响。 二、实验原理简述仍然采用实验一中的一阶RC串联电路，如图2-1。 给输入端施加正弦激励： 根据线性系统理论，其输出为同频率的正弦信号： 输出-输入正弦信号之间的幅值比随频率而变化,其变化规律称为系统的幅频特性;它们之间的相位差也是频率的函数,称为相频特性。即用以上幅值比和相位差构造一个复数,复数的模即为幅值比, 复数的幅角即为相位差,该复数同时表达了幅频特性和相频特性，因此称为系统的频率特性。该复数的求取通常有两个办法：一是将系统的传递函数中复变量s用纯虚数j来代替得到的复变函数就是式（2-4）所示的复函数。由实验一可求出其传递函数如下 所以，其频率特性式为：二是根据上述的定义，构建一个系统，给系统施加不同频率的正弦输入，测量其输出正弦的幅值与相位，计算出幅值比和相位差就可得到频率特性，这种方法叫实验法，就是本实验要采用的方法。 三、实验仪器与设备三、实验仪器与设备实验系统由三大部分构成： 第一部分是计算机，包括其中的数据采集卡（PCI6014）； 第二部分是NI ELVIS工作台套件； 第三部分是计算机软件。但本实验的输入与实验一不同，接自函数发生器的输出。4、 实验数据及其处理、图表R=1M C=1F T=RC=1S 其中|G(jw)|= G（jw)=1、实验所得原始数据经记录如下，其中输入电压约为4.4V。 2、对实验原始数据进行处理，得到与频率对应的幅频值、相频值以及极坐标下经过转换后的x,y值，结果如下： 3、 对2中的数据作图，得到相频特性和相频特性曲线，以及Nyquist图，如下： 幅频特性曲线相频特性曲线Nyquist图5、 实验结果分析与讨论1、一阶RC串联电路的频响函数为 ，幅频特性为 ，相频特性为 (其中T=RC),其在极坐标下的图形为第四象限的半圆。根据幅频特性函数及相频特性函数可以知道，随着频率的增加，幅值会逐渐减小，而相角会逐渐减少；当频率趋于无穷大时，幅值为0，相角为-90。2、我们由实验步骤和方法可知相频角度的计算方法是：G（jw)=360*t*f,其中t是时间差，f是频率；而相频值即为输出相频值。3、根据实验所得的数据做出幅频特性曲线及相频特性去可以看出，随着频率的增加，响应的幅值逐渐减小并趋于0，相角逐渐增加并趋于90，与理论分析结果基本吻合。频响函数在复平面内的曲线也可近似看为第四象限内的半圆，与理论分析吻合。4、系统的输入信号幅值为4.4V，计算所得输出信号幅值与输入信号幅值比为0.707时的输出信号为3.11V,其对应的角频率为380Hz,对应的相角为-41。而理论分析结果为相角为-45，与实验结果存在误差，但是误差不是很大，在合理误差范围之内。5、我们观察实验所得图形与理论值存在一定的出入，总结原因，我觉得最大的实验误差来自于定位输入输出的波峰时的误差，在实验中定位的点不一定是波峰，所以误差较大