频率特性的测量试验报告

1、频率特性的测量实验报告课程名称： 控制理论乙指导老师：成绩：实验名称：频率特性的测量实验类型：同组学生姓名：一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的和要求1. 掌握用李沙育图形法，测量各典型环节的频率特性；2 根据所测得的频率特性，作出伯德图，据此求 得环节的传递函数。二、实验内容和原理1. 实验内容（1）R-C网络的频率特性。图5-2为滞后-超前校正网 络的接线图，分别测试其幅频特性和相频特性。(2) 闭环频率特性的测试被测的二阶系统如图5-3所示，图5-4为它

2、的模拟 电路图。U1 阎JID JS (02S+1)取参考值R0 51K , R接470K的电位器，R2 510K， Rs 200K2. 实验原理对于稳定的线性定常系统或环节，当其输入端加入一 正弦信号x(t) XmSin t，它的稳态输出是一与输入信号同频 率的正弦信号，但其幅值和相位随着输入信号频率的改变而改变。输出信号为其中G(j ) 字,()argG(j )X mx(t)只要改变输入信号的频率，就可以测得输出信号与输 入信号的幅值比G(j )和它们的相位差()。不断改变 的频率，就可测得被测环节(系统)的幅频特性和相频 特性。本实验采用李沙育图形法，图5-1为测试的方框图在表(1)中列

3、出了超前于滞后时相位的计算公式和光 点的转向。相角9O阳一L形-计第公式nm'1/询j Y Z180呻n1MHrmnmZPY呻(2X1/.1一 TYmLL2 - 2光点转向针 时 顺针 肘 顺针 时逆a表中2丫。为椭圆与Y轴交点之间的长度，2X。为椭圆与X轴 交点之间的距离，Xm和Ym分别为X(t)和Y(t)的幅值。三、主要仪器设备1 控制理论电子模拟实验箱一台；2 慢扫描示波器一台；3. 任意函数信号发生器一台；4. 万用表一只。四、操作方法和实验步骤1实验一(1) 根据连接图，将导线连接好(2) 由于示波器的CH1已经与函数发生器的正极相连，所以接下来就要将 CH2接在串联电阻电容

4、上，将函数 发生器的正极接入总电路两端，并且示波器和函数发生 器的黑表笔连接在一起接地。（3）调整适当的扫描时间，将函数发生器的幅值定为5V不变，然后摁下扫描时间框中的 menu，点击从Y-t 变为X-Y显示。（4）改变函数发生器的频率，记录数据及波形。2. 实验二：基本与实验一的实验步骤相同。五、实验数据记录和处理 实验一：求计算的相频特性与幅频特性的公式为:"4102a c 10(s 103)(s 104)s2 11000s 107(s 103)(s 104) 104s s2 21000s 10710s10b 11000d 21000107 10104 ®务s104 巴

5、sG(j)皿丿7(102)j (11000 ) a bj ac bd j (bc ad)2)j (21000 ) c djC2 d2ac bdL( )20(aC bd)2 (bC ad)2c2 d22 2 2 2 2 2 2 2 va c b d b c a d 20 lg2-c d/、丄 be ad()arctan(rad / s)f(Hz)2X0(V)2Xm(V)2Ym(V)实 测()计 算()2Ym2Xm实 测 L()计 算L()-0-00.-0-00.45.4.94.251581296.0.096.2.1949297621-0-00.-1-1314.1501.45.4.2.287.1.

6、061248775256096-0-00.-2-2628.31001.65.3.3.373.6.721276181848293-0-00.-4-41256.2001.25.3.2.259.5.66441204453842867-0-00.-5-51884.3000.85.2.1.154.2.3964128654074229-0-00.-5-52513.4000.35.2.0.054.2.52761287063742613141.5000.05.2.-0-00.-5-55981668.016.002519.690.6160.0.0.-5-54398.7000.55.2.100951.6.5236

7、166890990020.0.0.-5-55026.8000.85.2.151255.0.355088486951870.0.0.-5-56283.1001.05.2.211855.0.11908088443951020.0.0.-3-3125662001.65.3.323066.5.4.370424418289890.0.0.-2-2188493001.45.3.283173.6.3.560416833657070.0.0.-1-1314155001.35.4.262585.3.1.930612369429620439827000.95.4.0.0.0.-0-0.30061276182093

8、.6.691033340.0.0.-0-0628311000.85.4.151596.3.3.8500129470511300.0.0.-0-0125662000.45.5070798.1.03.71000898438870.0.0.-0-0251324000.25.5.030499.0.07.4100080490269220.0.0.-0-0628311000.25.5.050199.0.08.53000808065663404实验二：求计算的幅频特性与相频特性的公式为:G(s)10s(0.2 s) 1050s2 5s 50G(j )502(50) 5jarcta n，50(rad / s)

9、f(Hz)2X。2Xm2Ym(实计2Ym2Xm实计L()20lg_50.(502)2 25 2(V)(V)V)测（）算（）测L()算L()-01.5.5.0.20.41.880.310824.1-0.200036965981-01.1.5.5.0.91.23.140.5922484.3-0.373114291755-01.3.5.6.2.62.44.400.704048.6-0.622340246479-01.3.5.7.3.03.05.030.852042.7-0.793429833739-11.4.5.7.3.13.45.650.9321236.0-1.003435271048-11.4.

10、5.7.3.33.56.281721252.1-1.2484639757395.5.7.-11.2.93.16.911.1040404.5-1.5063903907171.1.4.5.6.2.12.37.541.2720448211.391288312361.1.4.5.5.1.01.08.171.346284031.182120885130.0.3.5.3.-3.-3.10.051.6381252720.77868255125180.0.2.5.2.-7.-7.12.572640408550.52741687950130.0.-22-250.5.0.31.42582044160.16607.

11、00.5739750.0.-28-310.5.0.43.98752162100.11603.23.581923六、实验结果与分析1实验结果分析（1）实验一根据测得的数据，并经过一系列计算之后，得到的实验 一幅频相频特性曲线如图所示：实验一幅频特性曲线（实验）实验一相频特性曲线（实验）通过运用公式理论计算得到的曲线如下图所示:111r11111|d|*?ii-i«iit11m实验一幅频特性曲线（计算）实验一相频特性曲线（计算）通过matlab仿真所得实验一中的幅频相频特性曲线如由此可以看出，所测并计算之后得到的幅频特性曲线与 相频特性曲线和公式计算结果所得到的曲线非常相近， 并且与通过

12、matlab仿真得到的波特图之间的差距很小， 但仍然存在一定误差。（2）实验二根据测得的实验结果，在 matlab上绘制幅频特性曲线 图如下图所示：实验二幅频特性曲线（实验）实验二相频特性曲线（实验）根据计算结果，在matlab上绘制幅频曲线如下图所示实验二幅频特性曲线（计算）hw实验二相频特性曲线（计算）通过matlab程序仿真得到的幅频与相频曲线如下图所由上图分析可以得到，实验所测得到的幅频特性曲线与 计算结果得到的曲线几乎一样，并且与matlab仿真的波特图非常相近。但是实验所测得到的相频特性曲线虽 然和计算结果得到的曲线较为温和，但是却与matlab仿真得到的相频曲线有着非常大的差别。

13、这一点的主要 原因为：。2.实验误差分析 本次实验的误差相对于其他实验的误差而言比较大，主 要原因有以下几点：（1）示波器读取幅值的时候，由于是用光标测量，观 测到的误差相对来说非常大，尤其是当李萨如图像与 x 轴的交点接近于零的时候，示波器的光标测量读数就非 常困难了。（ 2）在调整函数发生器的频率过程中，由于示波器的 李萨如图像模型对于横坐标扫描时间的要求，导致当频 率增加的时候，可观测的点寥寥无几。只能用 display 里面的连续记录显示功能来记录波形。这样记录下来的 波形，由于本身点走动的时候带有一定厚度，导致记录 波形的宽度非常大，并且亮度基本一致，无法判断曲线 边界的具体值，造成

14、的误差也是非常大的。（3）在绘制曲线过程中，由于测量数据点有限，而造 成绘制曲线与计算值存在一定误差。（4）本次实验的计算量非常繁琐且冗杂，对于实验误 差的影响也是非常大的。（5）电阻和电容等非理想元件造成的误差3. 思考题 （1）在实验中如何选择输入的正弦信号的幅值？ 解：先将频率调到很大，再是信号幅值应该调节信号发 生器的信号增益按钮， 令示波器显示方式为信号 - 时间模 式，然后观测输出信号，调节频率，观察在各个频段是 否失真。（ 2）测试频率特性时，示波器 Y 轴输入开关为什么选 择直流？便于读取数据，使测量结果更加准确。（3）测试相频特性时，若把信号发生器的正弦信号送 入 Y 轴，被

15、测系统的输出信号送入 X 轴，则根据椭圆光 点的转动方向，如何确定相位的超前和迟后？ 若将输入和输出信号所在的坐标轴变换，则判断超前和 滞后的办法也要反过来，即顺时针为滞后，逆时针为超、八前。七、讨论、心得1.在实验过程中，一定要耐心仔细，因为可能会出现李 萨如图像与光轴的两个交点非常接近于原点，由于曲线 本身的宽度，造成的视觉误差会非常大。所以在用光标 测量数据的时候，一定要非常仔细耐心，尽可能让误差 降到最小。2.在实验过程中，随着频率的增加，李萨如图像的显示 光点也会随之减少，这个时候一定要适当调节扫描时 间，尽量往小调，让扫描光点增加，形成比较完整的曲 线，以便于测量与观察。3.在做第二个实验的时候，即使扫描时间已经调到了最 小，仍然无法看见完整的曲线，这时，需要摁下示波器 上 display 按钮，然后点击是否记录轨迹，然后就可以 让点完整清晰地将曲线还原回来，从而减小误差。4. 在计算过程中，注意认真仔细。计算量繁杂，容易导 致计算错误，可以多设几个变量来解决。5. 在绘制曲线过程中，如果直接用角速度 w 的话，有可 能会出现小频率的点比较密集，大频率的点比较疏松， 得到的曲线误差比较大，并且并不美观。当数据相差较 大时