典型环节和系统频率特性的测量

1、试验报告 课程名称：把握理论 （甲）试验指导老师： 成果： 试验名称：典型环节和系统频率特性的测量 试验类型：同组同学姓名： 一,试验目的 二,试验原理 三,试验接线图 四,试验设备 六,五,试验步骤 试验数据记录 八,七,试验数据分析 试验结果或结论 一,试验目的 1明白典型环节和系统的频率特性曲线的测试方法； 2依据试验求得的频率特性曲线求取传递函数； 二,试验原理 1系统（环节）的频率特性 设 GS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 X m,频率为 的正弦 信号,就系统的稳态输出为 y Ym sin t Xm G j sin t 由式得出系统输出,输入信号的幅

2、值比相位差 Ym XmG j G j 幅频特性 Xm Xm G j 都是输入信号 相频特性 式中 G j 和 的函数； 2频率特性的测试方法 2.1 李沙育图形法测试 幅频特性的测试 由于 G j Ym 2Ym X m 2 X m 转变输入信号的频率,即可测出相应的幅值比,并运算 L 20 log A 20 log 2Ym （dB ） 2 X m 其测试框图如下所示： 第 1 页,共 6 页图 5-1 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； 相频特性的测试 图 5-2 相频特性的测试图 李沙育图形法 令系统（环节）的输入信号为： X t

3、X m sin t 5-1 就其输出为 Y t Ym sin t 5-2 对应的李沙育图形如图 5-2 所示；如以 t 为参变量,就 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 Y0 Ym sin 于是有 sin 1 Y0 sin 1 2Y0 5-3 Ym 2Ym 同理可得 sin 12 X 0 5-4 2 X m 其中： 2Y 0 为椭圆与 Y 轴相交点间的长度； 的运算公式变为 2X 0 为椭圆与 X 轴相交点间的长度； 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

4、 0 180 sin 12Y 0 2Ym 或 0 180 sin 12X 0 2Xm 下表列出了超前与滞后时相位的运算公式和光点的转向； 超前 滞后 相角 0 90 90 180 0 90 90 180 第 2 页,共 6 页图形 =180- =180 - 运算公式 -1 =Sin 2Y 0 /2Y m -1 Sin 2Y 0/2Y m -1 =Sin 2Y 0/2Y m -1 Sin 2Y 0/2Y m -1 =Sin 2X 0/2X m =180- -1 =Sin 2X 0/2X m =180- 光点转向 顺时针 -1 Sin 2X 0 /2X m 逆时针 -1 Sin 2X 0/2X m

5、 顺时针 逆时针 2.2 用虚拟示波器测试（利用上位机供应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 Gs uo s K 111ui s TS 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 惯性环节的幅频特性 如图 5-4 中取 C=1uF, R1=100

6、K , R2=100K ,R0=200K 就系统的转折频率为 f T 21T 4二阶系统 由图 5-6Rx=100K 可得系统的传递函数和方框图为： W S 5 , 21S 12 S 522n2n5S 52 S n S n55（过阻尼） 2 5 2第 3 页,共 6 页图 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 1 , 10K 0 0.707 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 1 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

7、正网络 其中 R1=100K , R2=100K ,C1, C2=1uF 其传递函数为 GC S 1 R2C2 S1 R1C1S T1S1 1T2 S 1 15-5 1 R2C2 S1 R1C1S R1C2 S 2 T1T2 S T1 T2 T12 S 式中 T1 R1C1,T 2R2C2, T12 R1C2 将上式改为 GS T1S 1T2 S 1 5-6 1 1S 1 2 S 对比式 5-5, 5-6 得 1 2T 1T 2 第 4 页,共 6 页 1+2 T1+T 2+T 12 由给定的 R1,C1 和 R2,C2,求得 T1 ,T 2,T12 ；代入上述二式, 2 ；于解得 10 -3

8、 s, 是得 T1 22 ,这样式 5-6 又可改等为 5-7 1T2 GS T1S 1T2 S 1 T2 S T1 1 S 1 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 三试验设备 1 THBDC-2 型 把握理论运算机把握技术试验平台； 2 PC 机一台 含“ THBDC-2 ”软件 , USB 数据采集卡, 37 针通信线 1 根, 16 芯数据排线, USB 接 口线； 3. 波形发生器一台； 四 试验步骤 1惯性环节 1.1 依据图 5-11 惯性环节的电路图, 选择试验台上的通用电路 单元设计并组建相应的模拟电路；其中电路的输入端接试验台上

9、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“开头采集”； 1.3 调剂“低频函数信号发生器”正弦波输出起始频率至 ,并用沟通电压测得其压电有效值为 4V 左右,等待到电路输出信号稳固后,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 连续增加并调剂正弦波输出频率（如 ,本试验终至频率 5Hz 即可）,等输出信号稳固后, 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

10、显示在波形窗口上； 1.5 连续第 , 步骤,始终到关键频率点都完成； 1.6 点击停止采集,终止硬件采集任务； 1.7 点击“折线连接”,完成波特图的幅频特性图； 第 5 页,共 6 页留意事项： 正弦波的频率在 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 储存波形到画图板； 2二阶系统 图 5-12 典型二阶系统的电路图 2.1 当 RX 100K 时 2Hz 即可； 具体步骤请参考惯性环节的相关操作,最终的终至频率 2.2 当 RX 10K 时 5Hz 即可； 具体步骤请参考惯性环节的相关操作,最终的终至频率 3. 无源滞后超前校正网络 依据图 5-9 无源滞后超前校正网络的电路图,选择试验台上的 U2 通用电路单元设计并组建其模拟 电路,