典型环节和系统频率特性的测量

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1、.-实验报告课程名称：_________控制理论〔甲〕实验_______指导教师：_________成绩：__________________实验名称：___典型环节和系统频率特性的测量___实验类型：________________同组学生：__________一、实验目的二、实验原理三、实验接线图四、实验设备五、实验步骤六、实验数据记录七、实验数据分析八、实验结果或结论一、实验目的1．了解典型环节和系统的频率特性曲线的测试方法；2．根据实验求得的频率特性曲线求取传递函数。二、实验原理1．系统〔环节〕的频率

2、特性设G(S)为一最小相位系统〔环节〕的传递函数。如在它的输入端施加一幅值为Xm、频率为的正弦信号，那么系统的稳态输出为由式①得出系统输出，输入信号的幅值比相位差(幅频特性)(相频特性)式中和都是输入信号的函数。2．频率特性的测试方法2.1沙育图形法测试2.1.1幅频特性的测试由于改变输入信号的频率，即可测出相应的幅值比，并计算-.word.zl.-〔dB〕其测试框图如下所示：图5-1幅频特性的测试图(沙育图形法)注：示波器同一时刻只输入一个通道，即系统〔环节〕的输入或输出。2.1.2相频特性的测试图5-2相

3、频特性的测试图(沙育图形法)令系统〔环节〕的输入信号为：(5-1)那么其输出为(5-2)对应的沙育图形如图5-2所示。假设以t为参变量，那么与所确定点的轨迹将在示波器的屏幕上形成一条封闭的曲线(通常为椭圆)，当t=0时，由式(5-2)得于是有(5-3)同理可得(5-4)其中：为椭圆与Y轴相交点间的长度；为椭圆与X轴相交点间的长度。式(5-3)、(5-4)适用于椭圆的长轴在一、三象限；当椭圆的长轴在二、四时相位的计算公式变为-.word.zl.-或下表列出了超前与滞后时相位的计算公式和光点的转向。相角j超前滞后

4、0°~90°90°~180°0°~90°90°~180°图形计算公式j=Sin-12Y0/(2Ym)=Sin-12X0/(2Xm)j=180°-Sin-12Y0/(2Ym)=180°-Sin-12X0/(2Xm)j=Sin-12Y0/(2Ym)=Sin-12X0/(2Xm)j=180°-Sin-12Y0/(2Ym)=180°-Sin-12X0/(2Xm)光点转向顺时针顺时针逆时针逆时针2.2用虚拟示波器测试〔利用上位机提供的虚拟示波器和信号发生器〕图5-3用虚拟示波器测试系统(环节)的频率特性可直接用软件测试

5、出系统(环节)的频率特性，其中Ui信号由虚拟示波器的信号发生器产生，并由采集卡DA1通道输出。测量频率特性时，被测环节或系统的输出信号接采集卡的AD1通道，而DA1通道的信号同时接到采集卡的AD2通道。3．惯性环节传递函数和电路图为其幅频的近似图如图5-5所示。图5-4惯性环节的电路图图5-5惯性环节的幅频特性假设图5-4中取C=1uF，R1=100K，R2=100K，R0=200K那么系统的转折频率为=1.66Hz4．二阶系统由图5-6(Rx=100K)可得系统的传递函数和方框图为：-.word.zl.-，

6、〔过阻尼〕图5-6典型二阶系统的方框图其模拟电路图为图5-7典型二阶系统的电路图其中Rx可调。这里可取100K、10K两个典型值。当Rx=100K时的幅频近似图如图5-8所示。图5-8典型二阶系统的幅频特性5．无源滞后—超前校正网络其模拟电路图为图5-9无源滞后—超前校正网络其中R1=100K，R2=100K，C1=0.1uF，C2=1uF其传递函数为(5-5)式中T1＝R1C1，T2＝R2C2，T12＝R1C2将上式改为-.word.zl.-(5-6)比照式(5-5)、(5-6)得τ1·τ2＝T1T2τ1+

7、τ2＝T1+T2+T12由给定的R1、C1和R2、C2，求得T1＝0.01s，T2＝0.1s，T12＝0.1s。代入上述二式，解得τ1＝4.87×10-3s，τ2＝0.2051s。于是得，这样式(5-6)又可改等为β(5-7)其幅频的近似图如图5-10所示。图5-10无源滞后—超前校正网络的幅频特性-.word.zl.-三．实验设备1．THBDC-2型控制理论·计算机控制技术实验平台；2．PC机一台(含“THBDC-2〞软件)、USB数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、USB接口线。3.波形发生器一

8、台。四．实验步骤1．惯性环节1.1根据图5-11惯性环节的电路图，选择实验台上的通用电路单元设计并组建相应的模拟电路。其中电路的输入端接实验台上信号源的输出端，电路的输出端接数据采集接口单元的AD2输入端；同时将信号源的输出端接数据采集接口单元的AD1输入端。图5-11惯性环节的电路图1.2点击“BodeChart〞软件的“开场采集〞；1.3调节“低频函数信号发生器〞正弦波输出起始频率至0.2Hz，