典型環(huán)節(jié)的頻率 特性仿真分析.doc

實驗二 典型環(huán)節(jié)的頻率 特性仿真分析一、實驗目的和要求（1）熟悉如何通過MATLAB語言編程來進行仿真實驗。（2）通過繪制典型環(huán)節(jié)的頻率特性曲線，正確理解頻率特性的概念，明確頻率特性的物理意義。二、實驗主要儀器和設備裝有Matlab軟件的計算機 三、實驗內容分別改變以下幾個典型環(huán)節(jié)的相關參數，觀察系統(tǒng)（或環(huán)節(jié)）的頻率特性，并分析其相關參數改變對頻率特性的影響。 比例環(huán)節(jié)（K）積分環(huán)節(jié)（ ）一階慣性環(huán)節(jié)（ ）一階微分環(huán)節(jié)（ ）典型二階環(huán)節(jié)（ ）四、實驗方法14wn=5;k=1; g1=tf(k*wn*wn,1 2*0.4*wn wn*wn);g2=tf(k*wn*wn,1 2*0.8*wn wn*wn);g3=tf(k*wn*wn,1 2*1.2*wn wn*wn);figure(1);step(g1);hold onstep(g2);hold onstep(g3);figure(2)bode(g1);hold onbode(g2);hold onbode(g3);figure(3);nyquist(g1);hold onnyquist(g2);hold onnyquist(g3);五、實驗數據記錄(1) 比例環(huán)節(jié) G(S)= K ; 參數值分別為K1= 1 ；K2= 2 ；K3= 3 ； 單位階躍響應曲線： Bode 圖： Nyquist曲線：（2）積分環(huán)節(jié) G(S)= ; 參數值分別為Ti1= 1 ；Ti2= 2 ；Ti3= 3 ； 單位階躍響應曲線： Bode 圖Nyquist曲線：(3)一階慣性環(huán)節(jié)G(S)= ; 令K不變（取K= 1 ），改變Tc取值：Tc1= 1 ；Tc2= 2 ；Tc3= 3 ； 單位階躍響應曲線： Bode 圖： Nyquist曲線（4）一階微分環(huán)節(jié) G(S)= ; 改變TD取值：TD1= 1 ；TD2= 2 ；TD3= 3 ； 單位階躍響應曲線： Bode 圖： Nyquist曲線：（5）典型二階環(huán)節(jié)G(S)= ；令K不變（取K= 1 ）， 令n= 5 ，取不同值：1=0；2= 0.2 ,3= 0.5 ,（01）；4=1；5= 1.2 （1）； 單位階躍響應曲線： Bode 圖： Nyquist曲線： 令=0，n取不同值：n1= 1 ；n2= 2 ；Bode 圖：Nyquist曲線： 令=0.216，n取不同值：n1= 1 ；n2= 2 ；Bode 圖：Nyquist曲線六、實驗結果分析Nyquist圖（1）比例環(huán)節(jié)的幅頻特性、相頻特性均與頻率w無關。（2）積分環(huán)節(jié)的幅相頻率特性圖，在0w的范圍內,幅頻特性與負虛軸重合。 （3）一階慣性環(huán)節(jié)是一個位于第四象限的半圓，圓心為(1/2,0),直徑為1。 若慣性環(huán)節(jié)的比例系數變?yōu)镵，則幅頻特性成比例擴大K倍，而相頻特性保持不變，即奈氏圖仍為一個半圓，但圓心為(K/2,0),直徑為K。由慣性環(huán)節(jié)的奈氏圖可知，慣性環(huán)節(jié)為低通濾波器，且輸出滯后于輸入，相位滯后范圍為 0- 90（4）由一階微分環(huán)節(jié)的奈氏圖可知，一階微分環(huán)節(jié)具有放大高頻信號的作用，輸入頻率w越大，放大倍數越大；且輸出超前于輸入，相位超前范圍為090，輸出對輸入有提前性、預見性作用。（5）振蕩環(huán)節(jié)具有相位滯后的作用，輸出滯后于輸入的范圍為0-180；同時x的取值對曲線形狀的影響較大，可分為以下兩種情況 1.x 0.707幅頻特性A(w)隨w的增大而單調減小，如圖5-12中z1所對應曲線，此刻環(huán)節(jié)有低通濾波作用。當x1時，振蕩環(huán)節(jié)有兩個相異負實數極點，若x足夠大，一個極點靠近原點，另一個極點遠離虛軸（對瞬態(tài)響應影響很?。?，奈氏曲線與負虛軸的交點的虛部為1/(2z)0，奈氏圖近似于半圓，即振蕩環(huán)節(jié)近似于慣性環(huán)節(jié)2. 0x0.707當w增大時，幅頻特性A(w)并不是單調減小，而是先增大，達到一個最大值后再減小直至衰減為0。Bode 圖：（1）比例環(huán)節(jié)可以完全、真實地復現任何頻率的輸入信號，幅值上有放大或衰減作用；j(w)=0,表示輸出與輸入同相位，既不超前也不滯后。（2）表明積分環(huán)節(jié)是低通濾波器，放大低頻信號、抑制高頻信號，輸入頻率越低，對信號的放大作用越強；并且有相位滯后作用，輸出滯后輸入的相位恒為90。（3）積分環(huán)節(jié)與理想微分環(huán)節(jié)的對數幅頻特性相比較，只相差正負號，二者以w軸為基準，互為鏡象；同理，二者的相頻特性互以w軸為鏡象?？梢姡硐胛⒎汁h(huán)節(jié)是高通濾波器，輸入頻率越高，對信號的放大作用越強；并且有相位超前作用，輸出超前輸入的相位恒為90，說明輸出對輸入有提前性、預見性作用。 （4）一階微分環(huán)節(jié) 1. 低頻段 在Tw1(或w1(或w1/T)的區(qū)段,可以近似地認為高頻漸近線是一條斜線, 斜率為20dB/dec, 當頻率變化10倍頻時,L(w)變化20dB。轉折頻率為wT=1/T。（5）二階振蕩環(huán)節(jié)1.