实验三--典型环节(或系统)的频率特性测量.docx

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1、实验三典型环节（或系统）的频率特性测量一．实验目的1．学习和掌握测量典型环节（或系统）频率特性曲线的方法和技能。2．学习根据实验所得频率特性曲线求取传递函数的方法。二．实验内容1．用实验方法完成一阶惯性环节的频率特性曲线测试。2．用实验方法完成典型二阶系统开环频率特性曲线的测试。3．用软件仿真方法求取一阶惯性环节频率特性和典型二阶系统开环频率特性，并与实验所得结果比较。三、实验原理及说明1．实验用一阶惯性环节传递函数参数、电路设计及其幅相频率特性曲线：对于的一阶惯性环节，其幅相频率特性曲线是一个半圆，见图3.1。取代入，得(3-2-1)在实验所得特性

2、曲线上，从半园的直径，可得到环节的放大倍数K，K＝。在特性曲线上取一点，可以确定环节的时间常数T，。(3-2-2)实验用一阶惯性环节传递函数为，其中参数为R0=200，R1＝200，C＝1uF，参数根据实验要求可以自行搭配，其模拟电路设计参阅下图3.2。在进行实验连线之前，先将U13单元输入端的100K可调电阻顺时针旋转到底（即调至最大），使输入电阻R0的总阻值为200K;其中，R1、C1在U13单元模块上。U8单元为反相器单元，将U8单元输入端的10K可调电阻逆时针旋转到底（即调至最小），使输入电阻R的总值为10K;注明：所有运放单元的+端所接的1

3、00K、10K电阻均已经内部接好，实验时不需外接。2．实验用典型二阶系统开环传递函数参数、电路设计及其幅相频率特性曲线：对于由两个惯性环节组成的二阶系统，其开环传递函数为令上式中，可以得到对应的频率特性二阶系统开环传递函数的幅相频率特性曲线，如图3.3所示。根据上述幅相频率特性表达式，有（3—1）其中故有（3—2）（3—3）如已测得二阶环节的幅相频率特性，则、、和均可从实验曲线得到，于是可按式（3—1）、（3—2）和（3—3）计算K、T、ξ，并可根据计算所得T、ξ求取T1和T2实验用二阶惯性环节传递函数为，其中参数为R0=100，R1＝100，R2＝

4、200，R3＝200，C1＝C2＝1uF，参数根据实验要求可以自行搭配，其模拟电路设计参阅下图3.4。在进行实验连线之前，先将U13单元输入端的100K可调电阻逆时针旋转到底（即调至最大），使输入电阻R0的总阻值为100K;其中，R1、C1在U13单元模块上。再将U15单元输入端的100K可调电阻顺时针旋转到底（即调至最大），使输入电阻R2的总阻值为200K;其中，R3、C2在U15单元模块上。注明：所有运放单元的+端所接的100K电阻均已经内部接好，实验时不需外接。四．实验步骤1．熟悉频率测试软件的使用方法，了解实验的线路的连接。利用实验装置上的模

5、拟电路单元，按照图3.2连接“一阶惯性环节”模拟电路。2．利用实验设备完成一阶惯性环节的频率特性曲线测试。（2）有上位机时，必须在熟悉上位机界面操作的基础上，充分利用上位机提供的虚拟示波器与信号发生器功能。（3）双击打开桌面图标运行求是频率特性实验。实验界面如下图所示：(4)做一阶特性实验，点击右上角电路类型选择“一阶电路”，系统自动将各测量窗口量程设置为适合一阶电路的大小。输入输出通道选择默认的I1、I2自定义测频范围可以根据实验所能检测到的最大频率进行设置，一般一阶特性我们设置为0-30Hz。幅值可以按默认值设置；点击函数功能，跳出函数的设置对话

6、框，将一阶惯性环节的实际测试传递函数代入仿真函数系统中去，如下图所示：同时点击软件界面上的测试+函数，软件界面显示的黄色波形就是一阶特性的仿真幅频和相频波形图，方便随后与真实测试的波形进行对比。注明：采集系统检测的最低电压信号为100mV以上，输出信号低于100mV系统将自动停止运行。（5）点击按钮，期间请勿点击界面任何地方，最好是鼠标都不要晃动，请等待实验的结束,开始时间比较长估计30秒，请耐心等待。(6)实验结束结果如下图所示，勾选辅助显示游标选项和曲线，则系统会产生游标的功能，同时显示当前实验各测试点的数据，并自动绘制曲线图，方便学生分析结果。

7、(7)点击功能按钮，如下图所示，在导出图像文件选择前打勾，，同时点击，选择保存数据的文件路径，自己在跳出的路径对话框里，新建一个txt格式的文档，命名为1，然后点保存，那么初始路径会自动设定为E:数据频率特性测试数据1.txt，这个时候再点确定，那么在E盘的目录下找到数据文件夹，里面将会出现如下图所示的相关文件：4张bmp格式的波形图片分别如下：(8)根据一阶系统传递函数，算出其转折频率=5，则可通过2f=，得出f=0.796Hz。(9)扩展实验：学生可以自行通过改变惯性环节开环增益：改变U13单元的输入电阻R0;改变惯性环节时间常数：改变U

8、13单元的电容C1，重新观测结果，并将各波形的频率点等相关数据，填入实验报告。3．利用实验设备完成典型二阶系