实验4 典型环节和系统频率特性的测量

《实验4 典型环节和系统频率特性的测量》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、实验五典型环节和系统频率特性的测量一、实验目的1．了解典型环节和系统的频率特性曲线的测试方法；2．根据实验求得的频率特性曲线求取传递函数。二、实验设备同实验一。三、实验内容1．惯性环节的频率特性测试；2．二阶系统频率特性测试；3．无源滞后—超前校正网络的频率特性测试；4．由实验测得的频率特性曲线，求取相应的传递函数；5．用软件仿真的方法，求取惯性环节和二阶系统的频率特性。四、实验原理1．系统（环节）的频率特性设G(S)为一最小相位系统（环节）的传递函数。如在它的输入端施加一幅值为Xm、频率为的正弦信号，则系统的稳态输出为由式①得

2、出系统输出，输入信号的幅值比相位差(幅频特性)(相频特性)式中和都是输入信号的函数。2．频率特性的测试方法用虚拟示波器测试（利用上位机提供的虚拟示波器和信号发生器）图5-3用虚拟示波器测试系统(环节)的频率特性可直接用软件测试出系统(环节)的频率特性，其中Ui信号由虚拟示波器的信号发生器产生，并由采集卡DA1通道输出。测量频率特性时，被测环节或系统的输出信号接采集卡的AD1通道，而DA1通道的信号同时接到采集卡的AD2通道。3．惯性环节传递函数和电路图为其幅频的近似图如图5-5所示。图5-4惯性环节的电路图图5-5惯性环节的幅频

3、特性若图5-4中取C=1uF，R1=100K，R2=100K，R0=200K则系统的转折频率为=1.66Hz4．二阶系统由图5-6(Rx=100K)可得系统的传递函数和方框图为：，（过阻尼）图5-6典型二阶系统的方框图其模拟电路图为图5-7典型二阶系统的电路图其中Rx可调。这里可取100K、10K两个典型值。当Rx=100K时的幅频近似图如图5-8所示。图5-8典型二阶系统的幅频特性5．无源滞后—超前校正网络其模拟电路图为图5-9无源滞后—超前校正网络其中R1=100K，R2=100K，C1=0.1uF，C2=1uF其传递函数为

4、(5-5)式中T1＝R1C1，T2＝R2C2，T12＝R1C2将上式改为(5-6)对比式(5-5)、(5-6)得τ1·τ2＝T1T2τ1+τ2＝T1+T2+T12由给定的R1、C1和R2、C2，求得T1＝0.01s，T2＝0.1s，T12＝0.1s。代入上述二式，解得τ1＝4.87×10-3s，τ2＝0.2051s。于是得，这样式(5-6)又可改等为β(5-7)其幅频的近似图如图5-10所示。图5-10无源滞后—超前校正网络的幅频特性五、实验步骤1．惯性环节1.1根据图5-11惯性环节的电路图，选择实验台上的通用电路单元设计并组

5、建相应的模拟电路。其中电路的输入端接实验台上信号源的输出端，电路的输出端接数据采集接口单元的AD2输入端；同时将信号源的输出端接数据采集接口单元的AD1输入端。图5-11惯性环节的电路图1.2点击“BodeChart”软件的“开始采集”；1.3调节“低频函数信号发生器”正弦波输出起始频率至0.2Hz，并用交流电压测得其压电有效值为4V左右，等待到电路输出信号稳定后，点击“手动单采”，等待，软件即会自动完成该频率点的幅值特性，并单点显示在波形窗口上。1.4继续增加并调节正弦波输出频率（如0.3Hz，本实验终至频率5Hz即可），等输

6、出信号稳定后，点击“手动单采”，等待，软件即会自动完成该频率点的幅值特性，并单点显示在波形窗口上。1.5继续第1.2、1.3步骤，一直到关键频率点都完成。1.6点击停止采集，结束硬件采集任务。1.7点击“折线连接”，完成波特图的幅频特性图。注意事项：正弦波的频率在0.2Hz到2Hz的时，采样频率设为1000Hz；正弦波的频率在2Hz到50Hz的时，采样频率设为5000Hz。1.7保存波形到画图板。2．二阶系统根据图5-7所示二阶系统的电路图，选择实验台上的通用电路单元设计并组建相应的模拟电路，如图5-12所示。图5-12典型二阶

7、系统的电路图（电路参考单元为：U7、U9、U6）2.1当时具体步骤请参考惯性环节的相关操作，最后的终至频率2Hz即可。2.2当时具体步骤请参考惯性环节的相关操作，最后的终至频率5Hz即可。3.无源滞后—超前校正网络根据图5-9无源滞后—超前校正网络的电路图，选择实验台上的U2通用电路单元设计并组建其模拟电路，如图5-13所示。图5-13无源滞后—超前校正网络（电路参考单元为：U2）具体步骤请参考惯性环节的相关操作，最后的终至频率100Hz即可。4．根据实验存储的波形，完成实验报告。六、实验报告要求1．写出被测环节和系统的传递函数

8、，并画出相应的模拟电路图；2．把实验测得的数据和理论计算数据列表，绘出它们的Bode图，并分析实测的Bode图产生误差的原因；3．用上位机实验时，根据由实验测得二阶系统闭环幅频特性曲线，据此写出该系统的传递函数，并把计算所得的谐振峰值和谐振频率与实验结果相比较；