實(shí)驗(yàn)三 模擬一階系統(tǒng)頻率特性測試實(shí)驗(yàn)

1、G (沁)=Y (加)U (網(wǎng)式中，G(j)系統(tǒng)的頻率特性；Y(加)一系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出；U(j)系統(tǒng)的正弦輸入對一個線性系統(tǒng)來說，在正弦信號的作用下，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出仍然是一個正弦函數(shù)， 其頻率與輸入信號的頻率相同，一般情況下，輸出的幅值小于輸入幅值，輸出的相位滯后于 輸入相位。當(dāng)輸入信號的幅值不改變而頻率發(fā)生變化時，輸出信號的幅值一般會隨輸入正弦 信號頻率增加而減??；相位滯后角度一般都會隨輸入正弦信號頻率的增加而增加。一階模擬環(huán)節(jié)電路圖如下圖所示R410,C| luF1R8 I15kR1 10kR2 10k10kUr(t)R310kR710kUc(t)其中F1為慣性環(huán)節(jié)；F2為放大環(huán)節(jié)(放大倍數(shù)

2、K=5.1)。這個系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：G (s)=RRrR16RCs +1將元器件參數(shù)RR4=R6=10kQ，R8=51kQ和C=1p F代入之后，可得實(shí)驗(yàn)三模擬一階系統(tǒng)頻率特性測試實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí)頻率特性的測試方法，根據(jù)所測量的數(shù)據(jù)，繪制一階慣性環(huán)節(jié)的開環(huán)伯德圖，并求 取系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容利用頻域法的理論，從一階系統(tǒng)的開關(guān)頻率特性分析閉環(huán)系統(tǒng)的特性。根據(jù)給定的 一階頻域測試電路，使用所給的元器件搭建實(shí)驗(yàn)電路。利用信號發(fā)生器所產(chǎn)生的正弦波作為 輸入信號，用數(shù)字存儲示波器觀察并測量系統(tǒng)在不同頻率輸入信號的作用下，輸出信號的幅 值和相位變化情況。頻域分析法原理頻率特性的頻域分析方法

3、是一種圖解分析方法，它根據(jù)系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性去判斷閉環(huán) 系統(tǒng)的性能，能夠方便地分析系統(tǒng)中的參數(shù)對系統(tǒng)暫態(tài)響應(yīng)的影響，從而找到改善系統(tǒng)性能 的途徑。實(shí)驗(yàn)表明，對于穩(wěn)定的線性定常系統(tǒng)，輸入正弦信號所產(chǎn)生系統(tǒng)輸出的穩(wěn)態(tài)分量仍然 是與輸入信號同頻率的信號，而幅值和相位的變化則是頻率3的函數(shù)。因此，定義正弦信號輸入下，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出與系統(tǒng)的輸入之比為系統(tǒng)的頻率特性， 并記為G (s) _ KTs +1其中，K=5.1為放大倍數(shù)，T=0.01s為時間常數(shù)。開環(huán)傳遞函數(shù)的頻率特性為：G (網(wǎng) _K1 + jT幅頻特性為：“、KA()_(1 + 0dT )2相頻特性為：中()_ - arctan(T)頻率特性

4、的測試方法頻率特性除了用計(jì)算的方法求出外，還可以用實(shí)驗(yàn)的方法測得，本次實(shí)驗(yàn)所用線路如上圖。在實(shí)驗(yàn)中采用信號發(fā)生器產(chǎn)生的頻率可調(diào)、幅值不變的正弦 波作為輸入信號，那么在系統(tǒng)的輸出端就會得到一個相應(yīng)的正弦輸出，其波形如下圖所示:具體做法：測量數(shù)據(jù)時斷開反饋R2線，使系統(tǒng)成開環(huán)狀態(tài)；輸入信號幅值：2XUr=2V （峰-峰值）；輸入正弦信號頻率（Hz）： 20、40、50、60、70、80、90、100、110、150；測量幅頻特性時，可以讀取輸入、輸出信號的峰-峰值之比，入_ 2 x U _匕2xU U；r r測量相頻特性時，從示波器中量取輸入、輸出峰值之間的距離a和曲線的周期T （可 以用橫縱坐標(biāo)

5、的格數(shù)div來表示），根據(jù)下面的計(jì)算公式，可以得到對應(yīng)于某一特定頻率的 相位滯后數(shù)值。m_ax 360oT系統(tǒng)與測試儀器的聯(lián)接方式實(shí)驗(yàn)時，CH1和CH2兩個通道都要與所搭測試電路相連接；其中，CH1接信號發(fā)生器 的輸出信號（此信號也作為輸入信號，同時接入實(shí)驗(yàn)電路），CH2接實(shí)驗(yàn)電路的輸出信號。 兩個通道都要設(shè)置在交流耦合方式，同時調(diào)出測量菜單“頻率”和“峰-峰值”。按照設(shè)定的頻率值進(jìn)行測量，將實(shí)測頻率值、輸入輸出的峰-峰值以及周期和相移等數(shù) 據(jù)填入表1，并計(jì)算對應(yīng)于各實(shí)驗(yàn)頻率處的理論頻率特性與實(shí)測頻率特性，三、實(shí)驗(yàn)儀器雙路輸出穩(wěn)壓電源X12X1.5V干電池X1運(yùn)算放大器741X3鈕子開關(guān)X1色

6、環(huán)電阻X6電容X1數(shù)字萬用表X1面包板X1泰克示波器X1信號發(fā)生器X1尖嘴鑷子X1四、數(shù)據(jù)分析頻率特性測量表1頻率特性測量數(shù)據(jù)記錄表設(shè)定頻率值（Hz）20405060708090100110150實(shí)測頻率值（Hz）19.239.850.060.771.081.091.0102.0113.0151.0輸入峰-峰值（V）1.922.02.02.02.02.02.02.02.02.0周期T (ms)47.524.519.516.014.012.010.59.58.56.5輸 出峰-峰值6.3243.282.82.42.11.91.71.561.2相移a (ms)8543.53.332.52.521.

7、5頻率特性幅頻A3.1421.641.41.21.050.950.850.780.6相頻甲-56.69-72.29-71.64-75.98-83.66-86.40-81.08-82.80-79.12-81.82元件實(shí)測參數(shù)R1=9.8(kQ ) R3=9.7(kQ ) R4=8.6(kQ ) R6=9.7(kQ )R7=9.8(kQ ) R8=50(kQ ) C=1.00 (口 F)理 論 計(jì) 算幅頻A3.181.891.551.311.131.000.890.800.730.54相頻甲-51.47-68.29-72.33-75.14-77.18-78.74-79.97-80.85-81.76

8、-83.94數(shù)據(jù)分析:System: sysFrequency (rad/sec): 20Magnitude (dB): 14Bode DiagramSystem: sysFrequency (rad/sec): 50Magnitude (dB): 13.2system: sysFrequency (rad/sec): 150Phase (deg): -56.3system: sysFrequency (rad/sec): 40Phase (deg): -21.8System: sysFrequency (rad/sec): 1Magnitude (dB): 9.03System: sysFr

9、equency (rad/sec): 50Phase (deg): -26.6System: sysFrequency (rad/sec): 1Q0Magnitude (dB): 11.1system: sys-requency (rad/sec): 80Magnitude (dB): 12iysiem: sysFrequency (rad/sec): 110.Magnitude (dB): 10.760P)eseqdSystem: sysFrequency (rad/sec): 20Phase (deg): -11.3System: sysFrequency (rad/sec): 40Mag

10、nitude (dB): 13.5System: sysFrequency (rad/sec): 60Magnitude (dB): 12.8System: sysFrequency (rad/sec): 60Phase (deg): -31System: sysSystem: sysFrequency (rad/sec): 70；Magnitude (dB): 12.4；System: sys；Frequency (rad/sec): 90Magnitude (dB): 11.6System: sysFrequency (rad/sec): 70Phase (deg): -35System:

11、 sysFrequency (rad/sec): 90Phase (deg): -42-requency (rad/sec Dhase (deg): -38.7ency (rad/sec): 110 Phase (dea): -47.7System: sysFrequency (rad/sec): 100，Phase (deg): -45oseqd五、實(shí)驗(yàn)思考1.根據(jù)元件實(shí)測參數(shù)，計(jì)算并繪制系統(tǒng)幅頻特性與相頻特性的理論曲線:System: sysFrequency (rad/sec): 20System: sys Frequency (rad/sec): 1 Magnitude (dB): 9.03mp)招總 ucne 巨6p)oseud在所繪制的幅頻、相頻特性理論曲線上