系统频率特性的测试

东南大学自动化学院实验报告课程名称：自动控制实验实验名称：测试系统频率特性院(系): 专家：姓名：学位：实验室：实验组：同组：实验时间： 2011年11月16日评价成绩：评论教师：目录一、实验目的3二、预习和答复3三、实验原理3四、实验设备4五、实验路线图4六、实验步骤4七、报告要求61 .实验目的(1)明确测定振幅频率和相频率的特性曲线的意义(2)掌握振幅频率曲线和相频率特性曲线的测定方法(3)根据振幅曲线求出系统的传递函数2 .预习和答复(1)实验时，如何确定正弦波信号振幅？ 宽度过大会产生什么问题，宽度过小会产生什么问题？a :根据实验参数，计算正弦波信号幅值的大致范围，进行调整，具体确定幅值时，必须首先保证输入信号没有失真。 此外，还可保证频率较大时，输出信号衰减后可进行测量。 宽度过大时，波形超过线性变化区域而变形，波形小时，后续的测定值过小，不能进行正确的测定。(2)在系统参数未知时，如何确定正弦波信号源的频率？a :得到w从0变化到无限大时的宽度和相位的值，从实际操作来看，w的值过小得到的值没有意义，因此选择1到100的范围进行测定。(3)首先对本系统进行机制模型化，求出开环传递函数。a :放大增益为1的放大器和3个惯性环节。 G(s)=1/(0.1s 1)(0.047s 1)(0.02s 1)。3 .实验原理在设计控制系统时，首先建立系统的数学模型，建立系统的数学模型是控制系统设计的前提和难点。 建模一般有机构建模和辨识建模两种方法。 机构建模基于系统的物理关系表达式推导系统的数学模型。 辨识建模主要是人工或计算机通过实验建立系统数学模型。 在实际的控制系统设计中，两种方法常常是互补的。 有多种方法可以识别建模。 本实验采用开环频率特性的测量方法，确定系统传递函数，通称频域法。 还有时域法等。 正确的系统建模是困难的，需要重复很多次，模型未必已经建立。 模型只采用主要部分，而不采用所有参数。另外，可以利用系统的频率特性来分析和设计控制系统，其中一种是利用Bode图来设计控制系统。振幅特性是指在测量输出振幅的频率变化与输入振幅之比、即振幅特性时，改变正弦波信号源的频率来测量输入信号的振幅或峰值与输出信号的振幅或峰值有两种测量相位频率的方法(1)双循环信号比较法：将正弦波信号与系统的输入端连接，用双循环示波器的Y1和Y2测量系统的输入端和输出端的正弦波，示波器正确时，可看到两个不同相位的正弦波，测量波形的周期t和相位差t时有相位差。 这种方法直观易懂。 在模拟示波器中，该方法适用于高频信号的测量。(2)李沙育图形法：将系统输入侧的正弦波信号输入示波器的x轴，将系统输出侧的正弦波信号输入示波器的y轴，两个正弦波合成一个椭圆。 根据椭圆的切割、切割比，由具有椭圆的象限椭圆轨迹的旋转方向这3个要素决定相位差。 在模拟示波器中，该方法适用于低频信号测量。 使用数字示波器或虚拟示波器时，建议使用双跟踪信号比较法。振幅频率和相位频率的实验数据可用于制作系统的Bode图和Nyquist图4 .实验设备THBDC-1实验平台THBDC-1虚拟示波器Y1 XorY2100K100K200K200K100K100K200K200K0.47F0.1F1F正弦信号源虚拟示波器AD1AD2-是-是-是-是5 .实验路线图6 .实验步骤(1)如配线那样，在实验台上的U7、U9、U11、U13单元中，在信号源的输入端连接“数据收集接口”AD1(蓝色波形)，在系统输出端连接“数据收集接口”AD2(红色波形)。(2)信号源选择“正弦波”，幅频应根据实际电路图定制并预习。(3)点击画面上的THBDC-1示波器的图标，直接点击“确定”，进入虚拟示波器画面，点击“示波器(e )”菜单，选择“振幅自动”和“定时自动”。 从“通道选择”(channelselection )下拉菜单中选择通道(1-2)，然后将“采样频率”(samplefrequency )调整为1。 点击“开始收集”，在虚拟示波器中看到正弦波，点击“停止收集”，波形被锁定，可以用示波器“双十循环”正确读取波形的宽度。 改变信号源的频率，分别读出系统输入和输出的峰值，记入振幅数据表。 f=0.16时请耐心。(4)对不同频率下的t和t进行双描，填埋相位差数据表，使用式子计算相位差。频率f(Hz )0.160.320.641.111.592.393.184.786.3711.115.91.02.04.07.010.015.020.030.040.070.0100.028.12288.07568.05198.05197.95757.91307.79227.67417.60337.41447.390827.92057.67416.89495.73794.53363.09332.14881.13340.59030.21250.065420Lg系列0.21900.44291.34742.94294.88668.158311.18916.612822.1985年30.854341.0622t0.18730.15430.15520.14660.13270.12730.11960.09260.07710.05410.0373t.t6.05693.08541.55190.89860.63440.42040.32010.21210.16200.08480.062511.1318.0036.0058.7375.30109.01134.50157.17171.33229.66214.84w=1.11时七.报告要求1 .绘制一个系统的实际幅度-频率特性曲线和相位-频率特性曲线，将实际幅度-频率特性曲线转换为折线形Bode图，并且通过使用转折点在Bode图上获得该系统的传递函数。答案：相位频率特性曲线振幅频率特性曲线折线式Bode图表转折点频率分别为4.2、22和41。 求出T1=0.238、T2=0.045、T3=0.024 .传递函数为g (s )=1/(0. 238 s1) (0. 045 s1) (0. 024 s1)。2 .从频率特性曲线求系统传递函数的顺序用文字简要叙述。a :系统的传递函数G(s)=K/(T1s 1)(T2s 1)(T3s 1)在对频率特性曲线上分别绘制-20db/dec、-40db/dec、-60db/dec的渐近线，通过平移这些渐近线而与实际曲线接触，其中，两个交点是一个转换频率点，并且，相应的时间常数t 在确定各链路的时间常数之后，可以求出放大系数k。3、利用上表制作Nyquist图。答案：实际Nyquist图表4、为什么实验求出的系统模型和电路理论值有误差？如何减少误差？a :误差的原因： 1、实验测定的数据有误差，机器的读取误差2、系统本身的电子部件有误差，例如