2015东南大学自控实验报告_实验四系统频率特性的测试

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1、东南大学《自动控制原理》实验报告实验名称：实验四：系统频率特性的测试院（系）：专业：姓名：学号：实验室：416实验组别：同组人员：实验时间：评定成绩：审阅教师：7实验四系统频率特性的测试一、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

2、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。测幅频特性时，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

3、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。这种方法直观，容易理解。就模拟示波器而言，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

4、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。7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T

5、HBDC-1虚拟示波器五、实验线路图（模拟实物图）Y1XorY2100100K200K200K100K100K200K200K0.47μF0.1μF1μF正弦信号源虚拟示波器AD1AD2-+-+-+-+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

6、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，利用公式算出相位差。7七、实验数据：（1）数据表格：频率f0.160.320.641.111.592.393.184.786.3711.115.9ω1.02.04.07.010.015.020.030.040.070.0100.029.01068.97288.97288.93928.9

7、5048.92808.88318.75568.6008.52428.394328.99178.71498.10926.60605.41743.62282.47871.24320.69070.17620.063620Lg-0.0182-0.2533-0.8790-2.5097-4.3610-7.8243-11.0868-16.9549-21.9666-40.4347-42.4105Δt0.13330.16750.16850