自控实验报告3_频率特性测试_lbs_v2.0

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1、THBCC-1实验平台12/5/201312:16:00AM东南大学仪器科学与工程学院学院实验报告课程名称：自动控制原理实验名称：系统频率特性的测试院（系）：仪器科学与工程学院专业：测控技术与仪器姓名：学号：实验室：机电实验平台实验组别：同组人员：实验时间：2013年12月5日评定成绩：审阅教师：1THBCC-1实验平台12/5/201312:16:00AM目录一、实验目的………………………………………….3二、预习与回答……………………………………….3三、实验原理………………………………………….3四、实验设备………………………………………….4五、实验线路图…………………………

2、…………….4六、实验步骤………………………………………….4七、实验数据处理和分析…………………………….5八、报告要求………………………………………….7九、实验总结………………………………………….13附录：坐标纸折线Bode图绘制……………………………142THBCC-1实验平台12/5/201312:16:00AM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、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

3、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。三、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

4、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。本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。U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()o()，测幅频特性时，Ui改变正弦信号源的频率测出输入

5、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：3THBCC-1实验平台12/5/201312:16:00AM（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t0。这种方法直观，容易理解。就模拟示波360T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

6、轨迹的旋转方向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图四、实验设备THBDC-1实验平台THBDC-1虚拟示波器五、实验线路图1μF0.47μF0.1μF虚拟示波器200K100K100K200K200K100K200K正弦----信号源++++AD2AD1六、实验步骤1、如图接线，用U7、U9、U11、U13单元，信号源的输入接“数据采集接口”AD1(兰色波形),系统输出接“数据采集接口”AD2(红色波形)。2、信号源选“正弦波”，

7、幅度、频率根据实际线路图自定，要预习。4THBCC-1实验平台12/5/201312:16:00AM3、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（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