线性定常系统的频率特性

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1、实验4线性定常系统的频率特性MATLAB软件是一套高性能的数值计算和可视化数学软件，具有强大的矩阵计算能力和良好的图形可视化功能，为用户提供了非常直观和简洁的程序开发环境，被誉为“巨人肩上的工具”以及“第四代计算机语言”，在信号处理、图像处理、控制系统分析与设计、系统辨识、工程优化、统计分析等许多学科领域都得到了广泛的应用。MATLAB软件提供了专门的控制系统工具箱，控制系统中的许多应用（如时域分析、频域分析、根轨迹作图等）都可以用一个简单的m函数命令来实现。尤其是所提供的Simulink软件包

2、，由于采用与传递函数动态框图非常相似的结构图模型，并采用类似于电子示波器的模块显示仿真曲线，因此特别适用于“自动控制理论”课程实验的系统仿真和分析。一、实验目的1、学习了解Matlab语言的实验环境。2、练习Matlab命令的基本操作。3、练习m文件的基本操作。4、明确频率特性的概念及其物理意义。5、掌握频率特性的测试方法及原理;6、掌握频率特性的表示方法对于稳定的线性系统，测量其频率特性就是对被测系统输入某一频率的正弦信号，然后测量其稳态输出与输入的幅值比和相位差，每改变一次频率就得到一组幅值

3、比和相位差。频率特性测试原理图如图所示。输入线性系统输出示波器(频率分析仪)图频率特性测试原理图设系统传递函数为G(s)，则二、实验原理相位差：图在示波器上测试相位差的示意图测量幅频特性时，为了读取方便，输入输出均取峰值。三、实验仪器设备1、计算机。2、Matlab仿真软件。四、实验内容1、学习了解Matlab语言环境双击桌面上的Matlab图标(或使用其他打开程序的方式)，进入Matlab工作界面窗口。在默认的情况下，这个界面上有指令窗口(CommandWindows)、历史指令窗口(Comm

4、andHistory)、工作空间窗口(Workspace)等。Matlab工作界面窗口在“commandWindow”命令窗口中命令提示符位置键入如下命令：help显示Matlab的功能目录helpcontrol阅读控制系统工具箱命令清单。helpstep阅读命令step的帮助文件内容。2、练习Matlab命令的基本操作键入常数矩阵输入命令a=[123]与a=[1;2;3]观察显示结果，比较结果有何不同。b=[125]与b=[125];观察显示结果，比较显示结果有何不同。aa’bb’观察显示结果

5、，比较变量加“’”后的区别。A=[123;231;321]B=[234;345;456]A+BAB观察显示结果。观察历史指令窗口(CommandHistory)和工作空间窗口(Workspace)。已知闭环传递函数绘制单位阶跃响应。在命令窗口中命令提示符位置依次键入如下命令：num=[1]den=[111]phi=tf(num,den)step(phi)观察显示结果。已知惯性环节的传递函数试绘制其Bode图。键入如下命令：bode([2],[11])grid观察显示结果。3、练习m文件的基本操作

6、选择菜单项中的[File]→[New]→[M-file]，即可打开程序编辑窗口。键入如下程序：w=0.1;gs=tf([2],[11]);t=0:0.1:30/w;u1=sin(wt);y1=lsim(gs,u1,t);plot(wt,u1,'k',wt,y1,'r')grid%输入信号频率(w=0.1,0.3,1,3,10)%传递函数%时间区间%正弦输入信号%给定输入和时间，输出的时域仿真%绘图，黑线-输入，红线-输出%加网格线程序运行可以选择菜单项中的[Debug]→[Run]来执行程序，若

7、第1次运行时程序未保存，会提示保存，以后每次运行时会自动保存程序。若程序不是保存在当前路径下，运行时会提示，选择确定即可。运行程序后绘制出输入输出信号曲线图。选择菜单项中的[Edit]→[AxesProperties]可以编辑坐标轴的特性，以便更容易读取图形数据。若将XLimits设为26.5to27，可读得相位差约为0.1。若将YLimits设为1.95to2，可读得输出幅值约为1.99。依次改变输入信号频率，读取对应输出信号的幅值比和相位差，填写下表。ω0.10.31310A(ω)L(ω)(

8、dB)φ(ω)(rad)φ(ω)(°)参数表实验数据记录参考格式表五、实验报告要求１、按频率特性测试要求记录实验数据，绘制实验曲线(幅相频率特性曲线、对数幅频特性曲线、对数相频特性曲线)。２、能否根据实验所得的Bode图确３、定系统的传递函数？如何确定？３、写出建议和体会。