控制理论实验报告 频率特性的测量

1、课程名称：控制理论(乙)指导老师:成绩：实验名称：频率特性的测量一实验类型:同组学生姓名：一、实验目的和要求(必填)二、实验内容和原理(必填)三、主要仪器设备(必填)四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析(必填)七、讨论、心得一、实验目的1 .掌握用李沙育图形法，测量各典型环节的频率特性；根据所测得的频率特性，做出波特图，据此求得环节的传递函数；二、实验仪器设备控制理论电子模拟实验箱一台；双踪慢扫描示波器一台；万用表一只。三、实验原理对于稳定的线性定常系统或环节，当其输入端加入一正弦信号X(t) = Xmsinot ,它的稳 态输出是一与输入信号同频率的正弦信号，但其幅

2、值和相位将随着输入信号频率3的变化而 变化，即输出信号 Y(t) = Ymsin(ot + 饥，其中 G(jo)| = Ym，啊 o) = argG(j o)Xm只要改变输入信号X (t)的频率3,就可测得输出信号与输入信号的幅值比和它们的 相位差。不断改变X (t)的频率，就可测得被测环节(系统)的幅频特性G(jo)1和相频特 性 9(j o)。本实验采用李沙育图形法，测试方框图如下：下表列出了超前与滞后相位的计算公式和光点的转向相 角叩、超前滞后。吼 90。9。令 180。0 90 口90 -180形w计.算 公式(p=Sin1 Z2Yo/(2Ym) =Siif1Z2Xo/(2Xm)180

3、-Stn1Z 2Yo/(2Vm) =Sin1Z2XG/ (2Xm)(2Ym).=Sin，(2Xm).中=18眼卷m/ 2Yo/(2Ym)2Xo/(2Xm)光点转向顺时针顺时针L时针二逆时针2Y0为椭圆与Y轴交点之间的长度，2X0为椭圆与X轴交点之间距离，Ym与Xm分别为X(t)和Y(t)的幅值四、实验内容1 .测量微分积分环节的频率特性;分别测试其相频特性和幅频特性测量二阶系统的闭环频率特性二阶系统的方框图如图所示。五、测量结果与分析微分积分环节的频率特性测量结果整理成以下表格:f(Hz)2X0 (mV)2Y0 (mV)Xmpp(mV)Ympp(mV)20lg(|Ym/Xm|)sin-i/当r

4、 2Ym(deg)/ 2Xsin-i Z02Xm(deg)放50240176976896-0.743-11.328-14.235-12.782100288224992744-2.499-17.522-16.877-17.200200224160992592-4.484-15.680-13.050-14.36550000992544-5.2180.0000.0000.0001k192120984576-4.65112.02511.25211.6383k312232984688-3.10819.70718.48619.0965k336256976880-0.89916.91220.13718.52

5、510k288256968960-0.07215.46617.30916.387幅频特性相频特性实验结果分析：将实验选择的参数代入计算得理论值H(j)=R2 + jC卜- + jC1 jC21m +107 + 11000j 2 +107 + 21000j 实验值与理论值的仿真结果基本吻合，但仍存在一定误差主要误差来源分析：从李萨如图形上读取数据时存在较大误差，图像不停的闪动，且由 于最小刻度较大，不能完全把图像置于示波器的中间，导致示波器读数时存在偏差测量二阶系统的闭环频率特性实验接线图如下R=200kQ R=410kQ C=1u F R=510kQ C=1u F R=100kQ011223测

6、量结果整理成以下表格：f(Hz)Xmpp(V)Ympp(mV)20lg(|Ym/Xm|)20.161.02100-20.172198.41.04102-20.1695001.0499.2-20.4101k1.0488.8-21.3725.025k1.0470.4-23.3897.042k1.0463.2-24.32610k1.0351.2-26.07115.06k1.0336.0-29.13119.92k1.0328.8-31.06930.12k1.0317.2-35.54640.00k1.0314.0-37.33450.00k1.0312.0-38.673实验结果分析:根据所选实验参数，算出

7、开环传递函数G(s)=4.02， s(0.41s +1)利用MATLAB进行仿真，结果如下Bode Diagram20 i rwioww2Frequency (rad/s实验结果与理论值的仿真结果基本吻合，但仍存在一定误差主要误差来源分析：示波器读取幅值的时候有视差；电阻及电容等原件非理想原件，存在误差；测量数据点有限，存在一定误差；输入信号不稳定，在不同频率下可能幅度有所波动五、讨论与心得在实验中如何选择输入正弦信号的幅值？先将频率调到很大，再是信号幅值应该调节信号发生器的信号增益按钮，令示波器的显 示方式为信号一时间模式，然后观测输出信号，调节频率，观察在各个频段是否失真。测试频率特性时，示波器Y轴输入开关为什么选择直流？便于读取数据，使测量结果更加准确测试相频