实验四报告模板

1、动控制原理实验报告3系统频率特性的测试 实验报告姓名:实验名称: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。、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y =YmS in(联+ 护)=XmG(j)|si nt +)由式得出系统输出，输入信号的幅值比相位差Ym 二 Xm|Gj)XXm（幅频特性）*() =NG(j)由于 |G(j)=YmXm_ 2Ym2Xm（相频特性）式中|G（j）|和*（国）都是输入信号O的函数。2 频率特性的测试方法

2、2.1李沙育图形法测试2.1.1幅频特性的测试改变输入信号的频率，即可测出相应的幅值比，并计算2YL() =20log A) =20log-(dB)2Xm其测试框图如下所示:=Xmsinoity=Yrr$in(w I+(h)超低频信号发生器被测环节或系统Q示5液 器oy：图4-1幅频特性的测试图(李沙育图形法) 注：示波器同一时刻只输入一个通道，即系统(环节)的输入或输出。 2.1.2相频特性的测试ox图4-2幅频特性的测试图(李沙育图形法(5-1)令系统(环节)的输入信号为：x(t)=XmSi nt则其输出为Y (t)=YmS in 3+0)(5-2)7对应的李沙育图形如图4-2所示。若以t

3、为参变量，则X(t)与Y(t)所确定点的轨迹将在示波器的屏幕上形成一条封闭的曲线(通常为椭圆)，当t=0时，X(0) = 0由式(5-2)得Y (O)=YmS in仲)于是有做) =sinY (0)Ym= sin 皿2Ym(5-3)(5-4)同理可得其中2Y(0)为椭圆与丫轴相交点间的长度； 2X(0)为椭圆与X轴相交点间的长度。*的计式(5-3)、(5-4)适用于椭圆的长轴在一、三象限；当椭圆的长轴在二、四时相位 算公式变为：吶诃0器叭180 0 -Sin 弓昇厶I me)800 n2X(0)F表列出了超前与滞后时相位的计算公式和光点的转向。滞后超前图形0 9090 1800 9090 18

4、0计算公式4Sin-12Y0/(2Ym)=Sin-12X0/(2Xm)9=180-1Sin 2Y0/(2Ym) =180 -1Sin 2X0/(2Xm)4Sin-12Y0/(2Ym)=Sin-12X0/(2Xm)9=180*-1Sin 2Y0/(2Ym) =180 -1Sin 2X0/(2Xm)光点转向顺时针顺时针逆时针逆时针22用虚拟示波器测试D/AITSA/D虚拟 示波器图4-3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信号由虚拟示波器扫频输出（直 接点击开始分析即可） 产生，并由信号发生器1 （开关拨至正弦波） 输出。测量频率特性时， 信号

5、发生器1的输出信号接到被测环节或系统的输入端和示波器接口的通道1。被测环节或系统的输出信号接示波器接口的通道3 .惯性环节传递函数和电路图为时囂*10+1-A-A1IL+1Ro图4-4惯性环节的电路图4其幅频的近似图如图若图 4-4 中取 C=1uF，Ri=100K，R2=100K， R0=200K12兀XT则系统的转折频率为fT =1.66Hz 4.二阶系统由图4-6(Rx=100K)可得系统的传递函数和方框图为:W（S）=0.2S2 +S+1 * +5S+5 * +2SnS+时 n2co n = J5，匚：=5= =1.12 （过阻尼）2品2S（O.2S+I图4-6典型二阶系统的方框图其模

6、拟电路图为图4-7典型二阶系统的电路图其中Rx可调。这里可取100K( 1) 10K(0 0.707)两个典型值。当Rx=100K时的幅频近似图如图4-8所示。QniiiL戸尿Q L CUIIL -Efl rm 帕生豪叩n旦髭口八122当Rx =10K时，设置终止频率为 20rad/s。IniHIEL -0回X: J小* -15五、实验结果及讨论1写出被测环节和系统的传递函数，并画出相应的模拟电路图; (1)惯性环节：传递函数和电路图为(2)二阶系统由图4-6(Rx=100K)可得系统的传递函数和方框图为：w(s)=21- 2- 22O.2S2+S +1 S2+5S+5 S2 + 23nS+叭

7、22%n =5，匚=丄二=1.12 (过阻尼)252S(O,2S + 1)I图4-6典型二阶系统的方框图其模拟电路图为Bode 图;2.把实验测得的数据和理论计算数据列表，绘出它们的(1)惯性环节：传递函数为：G(s)/(S)- KU(S)TS+1 0.1s+1用MATLAB画出系统bode图如下所示:0亠IG?0an4045ii inr requ er cy (rad/s)廿 p)台置噩足dBode DiagramGm = Inf . Pm = -100 deg (at 0 rad/s)-901010ur(2)二阶系统2W(S)=0.2S2 +S+1= _叽s2 +5S + 5 s2 + 2

8、3nS +时 n2用MATLAB画出系统bode图如下所示:Figure 1JCdfittD SI報CEJ S-SCiJ TffiAO) 工耳工i 宜血(Q) 口逊 testutb飞聆必-口Bode DiagramGm = (fif de tat Inf rad/s) . Pm = -130 dtg (占t 0 rsd/#inF requencv addwc .1 .LJ s apn亘矍103 .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；解：根据闭环系统的幅频特性曲线，先由低频段的斜率确定系统的型别，然

9、后根据转 折频率和频率变化的多少，例如频率减少20, 一定有积分环节等。由此确定传递函数。谐振峰值为：Mr =1 谐振频率为：Wr =WnJl-22，求出传递函数后，得2匕圧2到对应的it和Wn ,求出上述谐振峰值和谐振频率，比较即可。4 .绘出被测环节和系统的幅频特性与相频特性曲线。(1)惯性环节：传递函数为：Gs）卷 TS+1 0.1.1用MATLAB画出幅频特性与相频特性曲线如下所示:Figure 1文件(E祁查看凹搔入(D TMCD桌面g查口聖助d a fe 弋 渥品厨 E 相频特性频率幅频特性(2 )二阶系统2On传递函数:W (S) =2= 2=0.2S +S+1S +5S+5 S2+2osnS+n用MATLAB画出幅频特性与相频特性曲线如下所示:5、实验思考题Y轴，被测系统的1.用示波器测试相频特性时，若把信号发生器的正弦信号送入输出信号送至X轴，则根据椭