发布时间 : 星期二 文章系统频率特性的测试实验报告更新完毕开始阅读0560f85627d3240c8447ef4d
东南大学自动化学院
课程名称： 自动控制原理实验
实验名称： 系统频率特性的测试
姓 名： 学 号：
专 业： 实 验 室： 实验时间： 2013年11月 22日 同组人员： 评定成绩： 审阅教师：
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、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重点和难点。如果系统的各个部分都可以拆开，每个物理参数能独立得到，并能用物理公式来表达，这属机理建模方式，通常教材中用的是机理建模方式。如果系统的各个部分无法拆开或不能测量具体的物理量，不能用准确完整的物理关系式表达，真实系统往往是这样。比如“黑盒”，那只能用二端口网络纯的实验方法来建立系统的数学模型，实验建模有多种方法。此次实验采用开环频率特性测试方法，确定系统传递函数。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。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A(?)?Uo(?)。测幅频特性时，
Ui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，测出波形的周期T和相位差Δt，则相位差???t?3600。这种方法直观，容易理解。就模拟示波
T器而言，这种方法用于高频信号测量比较合适。
（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这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。
三、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，计算正弦信号幅值大致的范围，然后进行调节，具体确定调节幅值时，首先要保证输入波形不失真，同时，要保证在频率较大时输出信号衰减后人能够测量出来。如果幅度过大，波形超出线性变化区域，产生失真；如果波形过小，后续测量值过小，无法精确的测量。
（2）当系统参数未知时，如何确定正弦信号源的频率？
答：从理论推导的角度看，应该采取逐点法进行描述，即ω 从0变化到∞，得到变化时幅度和相位的值。从实际操作来看，ω 值过小所取得的值无意义，因此我们选取[1.0,100.0]的范围进行测量。
四、实验设备：
THBDC-1实验平台 THBDC-1虚拟示波器
五、实验线路图（模拟实物图）
正 弦 信号源 虚拟示波
1μF 200K 200K 100K 100 0.47μF 100K 100K 200K 0.1μF 200K - + - + - + - + AD2 Y1 AD1
六、实验步骤：
（1）按照试验线路图接线，用U7、U9、U11、U13单元，信号源的输入接“数据采集接口” AD1(蓝色波形)，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，一般赋值过小会出现非线性， 过大则会失真。
（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。 （4）测出双踪不同频率下的Δt和T填相频数据表，利用公式???t?3600算出相位差。 T七、实验数据：
（1）数据表格：
频率f ω 2Uim 2Uom 20Lg Δt T 0.44 6.25 0.152 0.154 0.149 0.143 0.1272 0.114 0.092 0.077 0.051 0.0340 0.16 1.0 0.32 2.0 0.64 4.0 1.11 7.0 1.59 10.0 2.39 15.0 5.27 3.18 20.0 5.098 4.78 30.0 5.974 0.8388 -14.8169, 6.37 40.0 11.1 70.0 15.9 100.0 5.8500 5.870 5.8692 5.828 5.8742 5.7793 5.5869 5.5148 4.502 -0.1056, -0.2704 -0.2989, -0.4146, 3.458 -3.4237, 5.8834 5.2923 5.538 0.7212 0.1329 0.0282 -18.8959, -34.1511, -43.8119 2.3686 1.620 -6.0429, -9.0868, 3.125 1.5625 0.9009 0.6289 0.4184 0.3145 0.2092 0.1570 0.0901 0.0629 130.288 158.469 176.561 205.9 229.5 ?0 8.294 17.510 35.452 59.534 81.844 109.378
八．实验分析及思考题：
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。