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《典型环节的频率 特性仿真分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、实验二典型环节的频率特性仿真分析一、实验目的和要求（1）熟悉如何通过MATLAB语言编程来进行仿真实验。（2）通过绘制典型环节的频率特性曲线，正确理解频率特性的概念，明确频率特性的物理意义。二、实验主要仪器和设备装有Matlab软件的计算机三、实验内容分别改变以下几个典型环节的相关参数，观察系统（或环节）的频率特性，并分析其相关参数改变对频率特性的影响。比例环节（K）积分环节（）一阶惯性环节（）一阶微分环节（）典型二阶环节（）四、实验方法14wn=5;k=1;g1=tf([k*wn*wn],[12*0.4*wnwn*wn]);g2=tf([
2、k*wn*wn],[12*0.8*wnwn*wn]);g3=tf([k*wn*wn],[12*1.2*wnwn*wn]);figure(1);step(g1);holdonstep(g2);holdonstep(g3);figure(2)bode(g1);holdonbode(g2);holdonbode(g3);figure(3);nyquist(g1);holdonnyquist(g2);14holdonnyquist(g3);14五、实验数据记录(1)比例环节G(S)=K;参数值分别为K1=1；K2=2；K3=3；单位阶跃响应曲线：B
3、ode图：Nyquist曲线：14（2）积分环节G(S)=;参数值分别为Ti1=1；Ti2=2；Ti3=3；单位阶跃响应曲线：Bode图14Nyquist曲线：(3)一阶惯性环节14G(S)=;令K不变（取K=1），改变Tc取值：Tc1=1；Tc2=2；Tc3=3；单位阶跃响应曲线：Bode图：14Nyquist曲线（4）一阶微分环节G(S)=;改变TD取值：TD1=1；TD2=2；TD3=3；单位阶跃响应曲线：14Bode图：Nyquist曲线：14（5）典型二阶环节G(S)=；令K不变（取K=1），①令ωn=5，ξ取不同值：ξ1=0；ξ
4、2=0.2,ξ3=0.5,（0<ξ<1）；ξ4=1；ξ5=1.2（ξ≥1）；单位阶跃响应曲线：Bode图：14Nyquist曲线：②令ξ=0，ωn取不同值：ωn1=1；ωn2=2；Bode图：14Nyquist曲线：③令ξ=0.216，ωn取不同值：ωn1=1；ωn2=2；14Bode图：Nyquist曲线14六、实验结果分析Nyquist图（1）比例环节的幅频特性、相频特性均与频率w无关。（2）积分环节的幅相频率特性图，在0＜w＜¥的范围内,幅频特性与负虚轴重合。（3）一阶惯性环节是一个位于第四象限的半圆，圆心为(1/2,0),直径为1。
5、若惯性环节的比例系数变为K，则幅频特性成比例扩大K倍，而相频特性保持不变，即奈氏图仍为一个半圆，但圆心为(K/2,0),直径为K。由惯性环节的奈氏图可知，惯性环节为低通滤波器，且输出滞后于输入，相位滞后范围为0º→-90º（4）由一阶微分环节的奈氏图可知，一阶微分环节具有放大高频信号的作用，输入频率w越大，放大倍数越大；且输出超前于输入，相位超前范围为0º→90º，输出对输入有提前性、预见性作用。（5）振荡环节具有相位滞后的作用，输出滞后于输入的范围为0º→-180º；同时x的取值对曲线形状的影响较大，可分为以下两种情况1.x＞0.707幅
6、频特性A(w)随w的增大而单调减小，如图5-12中z1所对应曲线，此刻环节有低通滤波作用。当x＞1时，振荡环节有两个相异负实数极点，若x足够大，一个极点靠近原点，另一个极点远离虚轴（对瞬态响应影响很小），奈氏曲线与负虚轴的交点的虚部为1/(2z)≈0，奈氏图近似于半圆，即振荡环节近似于惯性环节142.0≤x≤0.707当w增大时，幅频特性A(w)并不是单调减小，而是先增大，达到一个最大值后再减小直至衰减为0。Bode图：（1）比例环节可以完全、真实地复现任何频率的输入信号，幅值上有放大或衰减作用；j(w)=0º,表示输出与输入同相位，既不超
7、前也不滞后。（2）表明积分环节是低通滤波器，放大低频信号、抑制高频信号，输入频率越低，对信号的放大作用越强；并且有相位滞后作用，输出滞后输入的相位恒为90º。（3）积分环节与理想微分环节的对数幅频特性相比较，只相差正负号，二者以w轴为基准，互为镜象；同理，二者的相频特性互以w轴为镜象。可见，理想微分环节是高通滤波器，输入频率越高，对信号的放大作用越强；并且有相位超前作用，输出超前输入的相位恒为90º，说明输出对输入有提前性、预见性作用。（4）一阶微分环节 1.低频段在Tw<<1(或w<<1/T)的区段,对数幅频特性可以近似用零分贝线表示,为
8、低频渐近线。2.高频段在Tw>>1(或w>>1/T)的区段,可以近似地认为高频渐近线是一条斜线,斜率为20dB/dec,当频率变化10倍频时,L(w)变化20dB。转折频率为wT
