实验三 模拟一阶系统频率特性测试实验

1、G (沁)=Y (加)U (网式中，G(j)系统的频率特性；Y(加)一系统的稳态输出；U(j)系统的正弦输入对一个线性系统来说，在正弦信号的作用下，系统的稳态输出仍然是一个正弦函数， 其频率与输入信号的频率相同，一般情况下，输出的幅值小于输入幅值，输出的相位滞后于 输入相位。当输入信号的幅值不改变而频率发生变化时，输出信号的幅值一般会随输入正弦 信号频率增加而减小；相位滞后角度一般都会随输入正弦信号频率的增加而增加。一阶模拟环节电路图如下图所示R410,C| luF1R8 I15kR1 10kR2 10k10kUr(t)R310kR710kUc(t)其中F1为惯性环节；F2为放大环节(放大倍数

2、K=5.1)。这个系统的传递函数为：G (s)=RRrR16RCs +1将元器件参数RR4=R6=10kQ，R8=51kQ和C=1p F代入之后，可得实验三模拟一阶系统频率特性测试实验一、实验目的学习频率特性的测试方法，根据所测量的数据，绘制一阶惯性环节的开环伯德图，并求 取系统的开环传递函数。二、实验内容利用频域法的理论，从一阶系统的开关频率特性分析闭环系统的特性。根据给定的 一阶频域测试电路，使用所给的元器件搭建实验电路。利用信号发生器所产生的正弦波作为 输入信号，用数字存储示波器观察并测量系统在不同频率输入信号的作用下，输出信号的幅 值和相位变化情况。频域分析法原理频率特性的频域分析方法

3、是一种图解分析方法，它根据系统的开环频率特性去判断闭环 系统的性能，能够方便地分析系统中的参数对系统暂态响应的影响，从而找到改善系统性能 的途径。实验表明，对于稳定的线性定常系统，输入正弦信号所产生系统输出的稳态分量仍然 是与输入信号同频率的信号，而幅值和相位的变化则是频率3的函数。因此，定义正弦信号输入下，系统的稳态输出与系统的输入之比为系统的频率特性， 并记为G (s) _ KTs +1其中，K=5.1为放大倍数，T=0.01s为时间常数。开环传递函数的频率特性为：G (网 _K1 + jT幅频特性为：“、KA()_(1 + 0dT )2相频特性为：中()_ - arctan(T)频率特性

4、的测试方法频率特性除了用计算的方法求出外，还可以用实验的方法测得，本次实验所用线路如上图。在实验中采用信号发生器产生的频率可调、幅值不变的正弦 波作为输入信号，那么在系统的输出端就会得到一个相应的正弦输出，其波形如下图所示:具体做法：测量数据时断开反馈R2线，使系统成开环状态；输入信号幅值：2XUr=2V （峰-峰值）；输入正弦信号频率（Hz）： 20、40、50、60、70、80、90、100、110、150；测量幅频特性时，可以读取输入、输出信号的峰-峰值之比，入_ 2 x U _匕2xU U；r r测量相频特性时，从示波器中量取输入、输出峰值之间的距离a和曲线的周期T （可 以用横纵坐标

5、的格数div来表示），根据下面的计算公式，可以得到对应于某一特定频率的 相位滞后数值。m_ax 360oT系统与测试仪器的联接方式实验时，CH1和CH2两个通道都要与所搭测试电路相连接；其中，CH1接信号发生器 的输出信号（此信号也作为输入信号，同时接入实验电路），CH2接实验电路的输出信号。 两个通道都要设置在交流耦合方式，同时调出测量菜单“频率”和“峰-峰值”。按照设定的频率值进行测量，将实测频率值、输入输出的峰-峰值以及周期和相移等数 据填入表1，并计算对应于各实验频率处的理论频率特性与实测频率特性，三、实验仪器双路输出稳压电源X12X1.5V干电池X1运算放大器741X3钮子开关X1色

6、环电阻X6电容X1数字万用表X1面包板X1泰克示波器X1信号发生器X1尖嘴镊子X1四、数据分析频率特性测量表1频率特性测量数据记录表设定频率值（Hz）20405060708090100110150实测频率值（Hz）19.239.850.060.771.081.091.0102.0113.0151.0输入峰-峰值（V）1.922.02.02.02.02.02.02.02.02.0周期T (ms)47.524.519.516.014.012.010.59.58.56.5输 出峰-峰值6.3243.282.82.42.11.91.71.561.2相移a (ms)8543.53.332.52.521.

7、5频率特性幅频A3.1421.641.41.21.050.950.850.780.6相频甲-56.69-72.29-71.64-75.98-83.66-86.40-81.08-82.80-79.12-81.82元件实测参数R1=9.8(kQ ) R3=9.7(kQ ) R4=8.6(kQ ) R6=9.7(kQ )R7=9.8(kQ ) R8=50(kQ ) C=1.00 (口 F)理 论 计 算幅频A3.181.891.551.311.131.000.890.800.730.54相频甲-51.47-68.29-72.33-75.14-77.18-78.74-79.97-80.85-81.76

8、-83.94数据分析:System: sysFrequency (rad/sec): 20Magnitude (dB): 14Bode DiagramSystem: sysFrequency (rad/sec): 50Magnitude (dB): 13.2system: sysFrequency (rad/sec): 150Phase (deg): -56.3system: sysFrequency (rad/sec): 40Phase (deg): -21.8System: sysFrequency (rad/sec): 1Magnitude (dB): 9.03System: sysFr

9、equency (rad/sec): 50Phase (deg): -26.6System: sysFrequency (rad/sec): 1Q0Magnitude (dB): 11.1system: sys-requency (rad/sec): 80Magnitude (dB): 12iysiem: sysFrequency (rad/sec): 110.Magnitude (dB): 10.760P)eseqdSystem: sysFrequency (rad/sec): 20Phase (deg): -11.3System: sysFrequency (rad/sec): 40Mag

10、nitude (dB): 13.5System: sysFrequency (rad/sec): 60Magnitude (dB): 12.8System: sysFrequency (rad/sec): 60Phase (deg): -31System: sysSystem: sysFrequency (rad/sec): 70；Magnitude (dB): 12.4；System: sys；Frequency (rad/sec): 90Magnitude (dB): 11.6System: sysFrequency (rad/sec): 70Phase (deg): -35System:

11、 sysFrequency (rad/sec): 90Phase (deg): -42-requency (rad/sec Dhase (deg): -38.7ency (rad/sec): 110 Phase (dea): -47.7System: sysFrequency (rad/sec): 100，Phase (deg): -45oseqd五、实验思考1.根据元件实测参数，计算并绘制系统幅频特性与相频特性的理论曲线:System: sysFrequency (rad/sec): 20System: sys Frequency (rad/sec): 1 Magnitude (dB): 9.03mp)招总 ucne 巨6p)oseud在所绘制的幅频、相频特性理论曲线上