實驗四二階開環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線

1、實 驗 報 告 課程名稱 控制工程基礎(chǔ) 實驗項目 實驗四 二階開環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線專 業(yè) 電子科學(xué)與技術(shù) 班 級 一 姓 名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 實驗成績 2014年5月29日實驗四 二階開環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線一、實驗?zāi)康?1研究表征系統(tǒng)穩(wěn)定程度的相位裕度和幅值穿越頻率對系統(tǒng)的影響。2. 了解和掌握二階開環(huán)系統(tǒng)中對數(shù)幅頻特性l(w)和相頻特性，實頻特性re（w）和虛頻特性im（w）的計算。3了解和掌握欠阻尼二階開環(huán)系統(tǒng)中的相位裕度和幅值穿越頻率的計算。4觀察和分析欠阻尼二階開環(huán)系統(tǒng)波德圖中的相位裕度和幅值穿越頻率c，與計算值作比對。二、實驗儀器 pc機(jī)一臺，實驗箱三、實驗內(nèi)容及操作步驟 本實驗

2、用于觀察和分析二階開環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線。 由于型系統(tǒng)含有一個積分環(huán)節(jié)，它在開環(huán)時響應(yīng)曲線是發(fā)散的，因此欲獲得其開環(huán)頻率特性時，還是需構(gòu)建成閉環(huán)系統(tǒng)，測試其閉環(huán)頻率特性，然后通過公式換算，獲得其開環(huán)頻率特性。 自然頻率： 阻尼比： （3-2-1） 諧振頻率： 諧振峰值： （3-2-2） 計算欠阻尼二階閉環(huán)系統(tǒng)中的幅值穿越頻率c、相位裕度： 幅值穿越頻率： （3-2-3） 相位裕度： （3-2-4） 值越小，mp%越大，振蕩越厲害；值越大，mp%小，調(diào)節(jié)時間ts越長，因此為使二階閉環(huán)系統(tǒng)不致于振蕩太厲害及調(diào)節(jié)時間太長，一般希望：30°70° （3-2-5） 本實驗所構(gòu)成的二階

3、系統(tǒng)符合式（3-2-5）要求。 被測系統(tǒng)模擬電路圖的構(gòu)成如圖1所示。圖1 實驗電路本實驗將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（b2）單元作為信號發(fā)生器，自動產(chǎn)生的超低頻正弦信號的頻率從低到高變化（0.5hz16hz），out2輸出施加于被測系統(tǒng)的輸入端r(t)，然后分別測量被測系統(tǒng)的輸出信號的開環(huán)對數(shù)幅值和相位，數(shù)據(jù)經(jīng)相關(guān)運(yùn)算后在虛擬示波器中顯示。實驗步驟： （1）將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（b2）輸出out2作為被測系統(tǒng)的輸入。（2）構(gòu)造模擬電路：安置短路套及測孔聯(lián)線表同笫3.2.2 節(jié)二階閉環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線測試。 （3）運(yùn)行、觀察、記錄： 將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（b2）輸出out2作為被測系統(tǒng)的輸入，運(yùn)行l(wèi)abact程序，在界

4、面的自動控制菜單下的線性控制系統(tǒng)的頻率響應(yīng)分析-實驗項目，選擇二階系統(tǒng)，就會彈出虛擬示波器的界面，點擊開始，實驗開始后，實驗機(jī)將自動產(chǎn)生0.5hz16h等多種頻率信號，等待將近十分鐘，測試結(jié)束后，觀察閉環(huán)對數(shù)幅頻、相頻曲線和幅相曲線。 待實驗機(jī)把閉環(huán)頻率特性測試結(jié)束后，再在示波器界面左上角的紅色開環(huán)或閉環(huán)字上雙擊，將在示波器界面上彈出開環(huán)閉環(huán)選擇框，點擊確定后，示波器界面左上角的紅字，將變?yōu)殚_環(huán)然后再在示波器界面下部頻率特性選擇框點擊（任一項），在示波器上將轉(zhuǎn)為開環(huán)頻率特性顯示界面?？牲c擊界面下方的“頻率特性”選擇框中的任意一項進(jìn)行切換，將顯示被測系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻、相頻特性曲線（伯德圖）和幅

5、相曲線（奈奎斯特圖）。 顯示該系統(tǒng)用戶點取的頻率點的w、l、im、re 實驗機(jī)在測試頻率特性結(jié)束后，將提示用戶用鼠標(biāo)直接在幅頻或相頻特性曲線的界面上點擊所需增加的頻率點，實驗機(jī)將會把鼠標(biāo)點取得頻率點的頻率信號送入到被測對象的輸入端，然后檢查該頻率的頻率特性。檢查完成后在界面上方顯示該頻率點的f、w、l、im、re相關(guān)數(shù)據(jù)，同時在曲線上打十字標(biāo)記。如果增添的頻率點足夠多，則特性曲線將成為近似光滑的曲線。 鼠標(biāo)在界面上移動時，在界面的左下角將會同步顯示鼠標(biāo)位置所選取的角頻率w值及幅值或相位值。 在aedklabact兩階頻率特性數(shù)據(jù)表中將列出所有測試到的頻率點的開環(huán)l、im、re等相關(guān)數(shù)據(jù)測量。注

6、：該數(shù)據(jù)表不能自動更新，只能用關(guān)閉后再打開的辦法更新。 幅值穿越頻率c ，相位裕度的測試：在開環(huán)對數(shù)幅頻曲線中，用鼠標(biāo)在曲線l()=0 處點擊一下，待檢測完成后，就可以根據(jù)十字標(biāo)記測得系統(tǒng)的幅值穿越頻率c ，見圖3-2-6 (a）；同時還可在開環(huán)對數(shù)相頻曲線上根據(jù)十字標(biāo)記測得該系統(tǒng)的相位裕度。實驗結(jié)果與式（3-2-3）和（3-2-4）的理論計算值進(jìn)行比對。 改變慣性環(huán)節(jié)開環(huán)增益：改變運(yùn)算模擬單元a3的輸入電阻r=10k、4k、2k。 ti=1（c1=2u），t=0.1（c2=1u）（ r減?。p小）。 改變慣性環(huán)節(jié)時間常數(shù)：改變運(yùn)算模擬單元a3的反饋電容c2=1u、2u、3u。 ti=1（c1

7、=2u），k=25（r=4k），（c2增加 (減小)）。 改變積分環(huán)節(jié)時間常數(shù)：改變運(yùn)算模擬單元a3的反饋電容c1=1u、2u。 t=0.1（c2=1u），k=25（r=4k） ，(c1減?。p小）)。 重新觀測結(jié)果，界面上方將顯示該系統(tǒng)用戶點取的頻率點的、l、im、re、諧振頻率r ，諧振峰值l(r)等相關(guān)數(shù)據(jù)，填入實驗報告。四、實驗結(jié)果分析（1） 閉環(huán) 幅頻特性 相頻特性 幅相特性（2） 開環(huán) 幅頻特性 相頻特性 幅相特性改變慣性環(huán)節(jié)開環(huán)增益 r=10k（1） 閉環(huán) 幅頻特性 相頻特性（2） 開環(huán) 幅頻特性 相頻特性改變慣性環(huán)節(jié)時間常數(shù) c2=2u（1） 閉環(huán) 幅頻特性 相頻特性（2） 開環(huán) 幅頻特性 相頻特性改變積分環(huán)節(jié)時間常數(shù) c1=1u（1） 閉環(huán) 幅頻特性 相頻特性（2） 開環(huán) 幅頻特性 相頻特性五、實驗心得值越小，mp%越大，振蕩越厲害；值越大，mp%小，調(diào)節(jié)時間ts越長，因此為使二階閉環(huán)系統(tǒng)不致于振蕩太厲害及調(diào)節(jié)時間太長，一般希望：30°70° 成 績 考 核 表 （驗證性實驗）學(xué)號姓 名地 點時 間實驗題目考核內(nèi)容實 驗預(yù) 習(xí)20分實驗操作50分實驗報告30分總 計操作能力30分?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)果20分?jǐn)?shù)據(jù)處理15分結(jié)論分析15分 成 績成 績 考 核 表 （設(shè)計性實驗）學(xué) 號