頻率特性的測量實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、mm課程名稱：控制理論乙指導(dǎo)老師：成績：實(shí)驗(yàn)名稱：實(shí)驗(yàn)類型：同組學(xué)生姓名：一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅ū靥睿┒?、?shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理（必填）三、主要儀器設(shè)備（必填）四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析（必填）七、討論、心得、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?掌握用李沙育圖形法，測量各典型環(huán)節(jié)的頻率特性；2根據(jù)所測得的頻率特性，作出伯德圖，據(jù)此求得環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）R-C網(wǎng)絡(luò)的頻率特性。圖5-2為滯后一超前校正網(wǎng)絡(luò)的接線圖，分別測試其幅頻特性和相頻特性。2）閉環(huán)頻率特性的測試被測的二階系統(tǒng)如圖5-3所示，圖5-4為它的模擬電路圖。取參考值R=51K,R接470K的電位器，R=

2、510K，R=200K0123實(shí)驗(yàn)原理對于穩(wěn)定的線性定常系統(tǒng)或環(huán)節(jié)，當(dāng)其輸入端加入一正弦信號(hào)X（t）=XsinOt，它的穩(wěn)態(tài)輸出是與輸入信號(hào)同頻率的正弦信號(hào)，但其幅值和相位隨著輸入信號(hào)頻率的改變而改變。輸出信號(hào)為Y(t)=Ysin(t+申)=G(j)sin(t+申)m其中G(j)|=，申()=argG(j)XmG(G(j)和它們的相位差申()。不斷改變x(t)的頻率，就可測得被測環(huán)節(jié)(系統(tǒng))的幅頻特性和相頻特性。本實(shí)驗(yàn)采用李沙育圖形法，圖5-1為測試的方框圖44xj44xjrj在表(1)中列出了超前于滯后時(shí)相位的計(jì)算公式和光點(diǎn)的轉(zhuǎn)向。計(jì)算公式光點(diǎn)轉(zhuǎn)向計(jì)算公式光點(diǎn)轉(zhuǎn)向表中2Y為橢圓與Y軸交點(diǎn)之間

3、的長度，2X為橢圓與X軸交點(diǎn)之間的距離，X和Y分別為X(t)和00mmY(t)的幅值。三、主要儀器設(shè)備1控制理論電子模擬實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)2慢掃描示波器一臺(tái)；任意函數(shù)信號(hào)發(fā)生器一臺(tái)；4萬用表一只。四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟1.實(shí)驗(yàn)一根據(jù)連接圖，將導(dǎo)線連接好由于示波器的CH1已經(jīng)與函數(shù)發(fā)生器的正極相連，所以接下來就要將CH2接在串聯(lián)電阻電容上，將函數(shù)發(fā)生器的正極接入總電路兩端，并且示波器和函數(shù)發(fā)生器的黑表筆連接在一起接地。調(diào)整適當(dāng)?shù)膾呙钑r(shí)間，將函數(shù)發(fā)生器的幅值定為5V不變，然后摁下掃描時(shí)間框中的menu,點(diǎn)擊從Y-t變?yōu)閄-Y顯示。改變函數(shù)發(fā)生器的頻率，記錄數(shù)據(jù)及波形。2.實(shí)驗(yàn)二：基本與實(shí)驗(yàn)一的實(shí)驗(yàn)步驟相同

4、。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理實(shí)驗(yàn)一：求計(jì)算的相頻特性與幅頻特性的公式為：G(s)=3C(s)G(s)=3C(s)107104+s107104+s108104xs108104+(s+103)(s+104)s2+11000S+107(s+103)(s+104)+104ss2+21000s+107_(107-ro2)+j(11000ro)a+bjac+bd+j(be一ad)G(jro)=(107-ro2)+j(21000ro)c+djc2+d2a=c=107-ro2b=11000rod=21000ro(ae+bd)2+(bead)2a2e2+b2d2+b2e2+a2d2L(ro)=20lg=20lge2

5、+d2e2+d2bead申(ro)=arctanae+bdro(rad/s)f(Hz)2X(0V)2Xm(V)2Y(mV)實(shí)測申(ro)計(jì)算申(ro)2Ym2Xm實(shí)測L(ro)計(jì)算L(ro)94.25150.485.124.960.0940.0920.9690.2760.121314.16501.45.124.480.2770.2520.8751.1601.096628.321001.65.123.760.3180.3180.7342.6822.7931256.642001.245.123.040.2450.2380.5944.5284.6671884.963000.845.122.80.16

6、50.1400.5475.2425.3292513.274000.365.122.80.0700.0630.5475.2425.5613141.595000.085.162.680.0160.0020.5195.6905.6164398.237000.565.162.680.1090.0900.5195.6905.5025026.558000.85.082.840.1580.1260.5595.0515.3876283.1910001.085.082.840.2140.1830.5595.0515.10212566.3720001.645.23.440.3210.3080.6623.5893.

7、48918849.5630001.445.163.80.2830.3130.7362.6572.30731415.9350001.365.124.360.2690.2540.8521.3961.12043982.3070000.965.124.760.1890.2010.9300.6330.63462831.85100000.85.124.940.1570.1500.9650.3110.330125663.71200000.45.0850.0790.0780.9840.1380.087251327.41400000.25.085.040.0390.0400.9920.0690.02262831

8、8.531000000.285.085.060.0550.0160.9960.0340.004實(shí)驗(yàn)二：求計(jì)算的幅頻特性與相頻特性的公式為：1050S)=s(0.2+s)+10=s2+5s+5050(50ot2)+5jot50 x(5050(50ot2)+5jot(50ot2)2+25ot25ot申(ot)=arctan50ot250L(ot)=20lg_(50ot2)2+25ot2ot(rad/s)f(Hz)2X(0V)2Xm(V)2Y(mV)實(shí)測申(ot)計(jì)算申(ot)2Ym2Xm實(shí)測L(ot)計(jì)算L(ot)1.880.315.085.240.198-0.2001.0310.2690.465

9、3.140.51.925.245.840.375-0.3731.1150.9421.2914.400.73.045.046.80.647-0.6221.3492.6022.4465.030.83.525.047.20.773-0.7931.4293.0983.0335.650.94.325.127.361.004-1.0031.4383.1523.4716.2814.725.127.521.173-1.2481.4693.3393.5756.911.15.045.047.041.571-1.5061.3972.9033.1907.541.24.725.046.481.2131.3911.286

10、2.1832.3128.171.34.465.25.841.0311.1821.1231.0081.08510.051.63.385.123.520.7210.7780.6883.2553.12512.5722.645.042.080.5510.5270.4137.6877.95031.4250.825.040.40.1630.1660.07922.00725.57543.9870.525.160.20.1010.1160.03928.23231.583六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析（1）實(shí)驗(yàn)一根據(jù)測得的數(shù)據(jù)，并經(jīng)過一系列計(jì)算之后，得到的實(shí)驗(yàn)一幅頻相頻特性曲線如圖所示實(shí)驗(yàn)一幅頻特性曲線（實(shí)驗(yàn)）

11、實(shí)驗(yàn)一相頻特性曲線（實(shí)驗(yàn)）通過運(yùn)用公式理論計(jì)算得到的曲線如下圖所示：實(shí)驗(yàn)一幅頻特性曲線（計(jì)算）實(shí)驗(yàn)一相頻特性曲線（計(jì)算）由此可以看出，所測并計(jì)算之后得到的幅頻特性曲線與相頻特性曲線和公式計(jì)算結(jié)果所得到的曲線非常相近，并且與通過matlab仿真得到的波特圖之間的差距很小，但仍然存在一定誤差。（2）實(shí)驗(yàn)二根據(jù)測得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在matlab上繪制幅頻特性曲線圖如下圖所示:實(shí)驗(yàn)二幅頻特性曲線（實(shí)驗(yàn)）實(shí)驗(yàn)二相頻特性曲線（實(shí)驗(yàn)）根據(jù)計(jì)算結(jié)果，在matlab上繪制幅頻曲線如下圖所示實(shí)驗(yàn)二幅頻特性曲線（計(jì)算）實(shí)驗(yàn)二相頻特性曲線（計(jì)算）通過matlab程序仿真得到的幅頻與相頻曲線如下圖所示：BodeDiagra

12、m20i1-一|l-(0p)f(6OP)osecd1010(0p)f(6OP)osecd1010Frequency(rad/s)由上圖分析可以得到，實(shí)驗(yàn)所測得到的幅頻特性曲線與計(jì)算結(jié)果得到的曲線幾乎一樣，并且與matlab仿真的波特圖非常相近。但是實(shí)驗(yàn)所測得到的相頻特性曲線雖然和計(jì)算結(jié)果得到的曲線較為溫和，但是卻與matlab仿真得到的相頻曲線有著非常大的差別。這一點(diǎn)的主要原因?yàn)椋?。?shí)驗(yàn)誤差分析本次實(shí)驗(yàn)的誤差相對于其他實(shí)驗(yàn)的誤差而言比較大，主要原因有以下幾點(diǎn)：（1）示波器讀取幅值的時(shí)候，由于是用光標(biāo)測量，觀測到的誤差相對來說非常大，尤其是當(dāng)李薩如圖像與x軸的交點(diǎn)接近于零的時(shí)候，示波器的光標(biāo)測量

13、讀數(shù)就非常困難了。（2）在調(diào)整函數(shù)發(fā)生器的頻率過程中，由于示波器的李薩如圖像模型對于橫坐標(biāo)掃描時(shí)間的要求，導(dǎo)致當(dāng)頻率增加的時(shí)候，可觀測的點(diǎn)寥寥無幾。只能用display里面的連續(xù)記錄顯示功能來記錄波形。這樣記錄下來的波形，由于本身點(diǎn)走動(dòng)的時(shí)候帶有一定厚度，導(dǎo)致記錄波形的寬度非常大，并且亮度基本一致，無法判斷曲線邊界的具體值，造成的誤差也是非常大的。3）在繪制曲線過程中，由于測量數(shù)據(jù)點(diǎn)有限，而造成繪制曲線與計(jì)算值存在一定誤差。4）本次實(shí)驗(yàn)的計(jì)算量非常繁瑣且冗雜，對于實(shí)驗(yàn)誤差的影響也是非常大的。5）電阻和電容等非理想元件造成的誤差3.思考題（1）在實(shí)驗(yàn)中如何選擇輸入的正弦信號(hào)的幅值？解：先將頻率調(diào)

14、到很大，再是信號(hào)幅值應(yīng)該調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)增益按鈕，令示波器顯示方式為信號(hào)時(shí)間模式，然后觀測輸出信號(hào)，調(diào)節(jié)頻率，觀察在各個(gè)頻段是否失真。（2）測試頻率特性時(shí)，示波器Y軸輸入開關(guān)為什么選擇直流?便于讀取數(shù)據(jù)，使測量結(jié)果更加準(zhǔn)確。（3）測試相頻特性時(shí)，若把信號(hào)發(fā)生器的正弦信號(hào)送入Y軸，被測系統(tǒng)的輸出信號(hào)送入X軸，則根據(jù)橢圓光點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，如何確定相位的超前和遲后?若將輸入和輸出信號(hào)所在的坐標(biāo)軸變換，則判斷超前和滯后的辦法也要反過來，即順時(shí)針為滯后，逆時(shí)針為超前。七、討論、心得在實(shí)驗(yàn)過程中，一定要耐心仔細(xì)，因?yàn)榭赡軙?huì)出現(xiàn)李薩如圖像與光軸的兩個(gè)交點(diǎn)非常接近于原點(diǎn)，由于曲線本身的寬度，造成的視覺誤差會(huì)

15、非常大。所以在用光標(biāo)測量數(shù)據(jù)的時(shí)候，一定要非常仔細(xì)耐心，盡可能讓誤差降到最小。在實(shí)驗(yàn)過程中，隨著頻率的增加，李薩如圖像的顯示光點(diǎn)也會(huì)隨之減少，這個(gè)時(shí)候一定要適當(dāng)調(diào)節(jié)掃描時(shí)間，盡量往小調(diào)，讓掃描光點(diǎn)增加，形成比較完整的曲線，以便于測量與觀察。在做第二個(gè)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，即使掃描時(shí)間已經(jīng)調(diào)到了最小，仍然無法看見完整的曲線，這時(shí)，需要摁下示波器上display按鈕，然后點(diǎn)擊是否記錄軌跡，然后就可以讓點(diǎn)完整清晰地將曲線還原回來，從而減小誤差。在計(jì)算過程中，注意認(rèn)真仔細(xì)。計(jì)算量繁雜，容易導(dǎo)致計(jì)算錯(cuò)誤，可以多設(shè)幾個(gè)變量來解決。在繪制曲線過程中，如果直接用角速度w的話，有可能會(huì)出現(xiàn)小頻率的點(diǎn)比較密集，大頻率的點(diǎn)比較疏