自控原理實驗2頻率響應(yīng)測試

1、頻率響應(yīng)測試一、實驗?zāi)康?.握頻率特性的測試原理及方法。2.學(xué)習(xí)根據(jù)所測定出的系統(tǒng)的頻率特性,確定系統(tǒng)傳遞函數(shù)的方法。二、實驗內(nèi)容1.定給定環(huán)節(jié)的頻率特性。2.系統(tǒng)模擬電路圖及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖分別如圖2-1及圖2-2。 圖2-1圖2-23、系統(tǒng)傳遞函數(shù)為:取R=200K,則取R=500K,則若正弦輸入信號為Ui(t=A1sin(t,則當(dāng)輸出達到穩(wěn)態(tài)時,其輸出信號為Uo(t=A2sin(t+。改變輸入信號頻率值,便可測得二組A1/A2和隨f(或變化的數(shù)值,這個變化規(guī)律就是系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性。三、實驗原理1. 幅頻特性即測量輸入與輸出信號幅值A(chǔ)1及A2,然后計算其比值A(chǔ)2/A1。2. 實驗采用“李

2、沙育圖形”法進行相頻特性的測試。以下簡單介紹一下這種測試方法的原理。若以X(t為橫軸,Y(t為縱軸,而以作為參變量,則隨著t的變化, X(t和Y(t所確定的點的軌跡,將在X-Y平面上描繪出一條封閉的曲線。此即為物理學(xué)上的李沙育圖形,如圖所示。 圖1-1不同的正弦波(同頻率、不同相位、不同幅度合成的李薩如圖形不同,橢圓長軸方向也分為左傾和右傾,如下圖所示: 圖1-2 左傾 圖1-3右傾3. 相位差角的求法:對于X(t=XmSin(t及Y(t= YmSin(t +當(dāng)t=0時,有 X(0=0 ;Y(0=Ym Sin(,即=ArcSin(Y(0/Ym,顯然,僅當(dāng)0/2時,上式才是成立的。此實驗中,12

3、1,m m X A V Y A =,當(dāng)橢圓右傾時,2-,arcsin(0/m Y Y =-;當(dāng)橢圓左傾時,2-,arcsin(0/m Y Y =-+。四、 實驗設(shè)備HHMN-1型電子模擬機一臺、PC 機一臺、數(shù)字式萬用表一塊 五、 實驗步驟1.熟悉HHMN-1型電子模擬機的使用方法,將各運算放大器接成比例器,通電調(diào)零。2.斷開電源,按照系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和系統(tǒng)傳遞函數(shù)計算電阻和電容的取值,并按照模擬線路圖搭接線路,不用的運算放大器接成比例器。 3、將D/A1與系統(tǒng)輸入端Ui 連接,將A/D1與系統(tǒng)輸出端UO 連接(此處連接必須謹慎,不可接錯。線路接好后,經(jīng)教師檢查后再通電。4、在windows XP桌

4、面進入實驗軟件系統(tǒng)。5、在系統(tǒng)菜單中選擇實驗項目,選擇“頻率特性”,在窗口選擇“李沙育圖形”,按照操作步驟完成實驗。6、記錄數(shù)據(jù),繪制實驗結(jié)果圖形,填寫數(shù)據(jù)表格,完成實驗報告。六、實驗數(shù)據(jù)處理1、取R1=R2=100K.R3=R4=1M.C2=0.1uF. C1=1uF. R=200K,則 , K=2數(shù)據(jù)列表及初步處理序號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12f 0.5 1.0 1.5 2.0 2.1 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 3.141 6.283 9.425 12.56 13.19 15.71 18.85 21.99 25.13 28.27 3

5、1.42 34.55A c/A r 1.030 1.157 1.377 1.460 1.441.161 0.762 0.527 0.376 0.288 0.254 0.1901Ym/Y0 5.861 2.548 1.446 1.020 1.000 1.133 1.368 1.801 2.139 4.212 3.722 7.803 (9.823 23.11 43.75 78.06 90.00 118.0 133.0 147.2 153.1 167.1 167.2 172.6 確定K=2時測得的數(shù)據(jù)所確定的傳遞函數(shù):易知當(dāng)Ym/Y0接近1時,的值即為n,A c/A r的值等于所以可以從上表中的出n

6、=13.19,則傳遞函數(shù)為李沙育圖形 繪制幅頻特性與相頻特性:對數(shù)幅頻特性: 對數(shù)相頻特性: 系統(tǒng)理論閉環(huán)傳遞函數(shù)為:波特圖如下: 相比之下,n w有較大出入。且最大幅值Ym不出現(xiàn)在頻率為n w,但在n w附近,此誤差可能由儀器測量誤差引起。2、取R1=R2=100K.R3=R4=1M.C2=0.1uF. C1=1uF. R=500K,則 K=5數(shù)據(jù)列表及初步處理序號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12f 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.39 3.41 4.5 5.0 5.5 618.85 21.30 21.43 28.27 31.42 34.55 37.

7、70 3.141 6.283 9.425 12.56 15.71A c/A r 1.006 1.057 1.187 1.353 1.655 2.095 2.383 2.230 1.304 0.918 0.717 0.625 Ym/Y0 20.61 9.949 4.585 2.827 1.913 1.341 1.036 1.000 1.658 2.474 4.803 37.65 ( 2.781 5.769 12.60 20.72 31.52 48.24 74.83 90.00 142.9 156.2 165.8 178.5 確定K=5時測得的數(shù)據(jù)所確定的傳遞函數(shù):易知當(dāng)Ym/Y0接近1時,的值即

8、為n,A c/A r的值等于從上表中的出n=21.43,則傳遞函數(shù)為李沙育圖形 繪制幅頻特性與相頻特性:對數(shù)幅頻特性: 對數(shù)相頻特性: 系統(tǒng)理論閉環(huán)傳遞函數(shù)為:波特圖如下: 相比之下,n w有較大出入。且最大幅值Ym不出現(xiàn)在頻率為n w,但在n w 附近,此誤差可能由儀器測量誤差引起。七、誤差分析1、可能由儀器精度引起測量誤差;2、補償電阻有誤差,不能完全抑制零點漂移;3、作為用來設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)的電阻由萬用表測得,可能不夠準確;4、本實驗的不足之處:頻率較小和較大時取點不足,起始及結(jié)尾處有部分特性未顯示出來,如結(jié)尾處幅頻特性的一直下降趨勢和相頻特性的平緩趨勢。八、實驗結(jié)論1. 由圖可知,二階欠阻尼系統(tǒng)的幅度先增大再減小,最終衰減趨于零。2. 該實驗