第一篇：實(shí)驗(yàn)二 典型二階環(huán)節(jié)的參數(shù)測量

實(shí)驗(yàn)二 二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)分析

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

（1）掌握典型環(huán)節(jié)模擬電路的構(gòu)成方法；

（2）觀察和記錄二階系統(tǒng)在階躍輸入作用下的輸出響應(yīng)，分析參數(shù)變化對典型環(huán)節(jié)動(dòng)態(tài)特性的影響；

二、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備

（1）TKKL-1型控制理論實(shí)驗(yàn)箱 一臺（2）YB4320B示波器 一臺

三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

二階系統(tǒng)的模擬電路如下圖所示。

由模擬電路可求出該電路的閉環(huán)傳遞函數(shù)。

U0(s)19.6? Ui(s)s2?1s?19.6RfC由此可見，改變滑動(dòng)電位器電阻Rf的大小，就可以改變系統(tǒng)的阻尼比。實(shí)驗(yàn)要求根據(jù)計(jì)算設(shè)置的阻尼比，在階躍信號作用下，觀察并記錄相應(yīng)的階躍響應(yīng)曲線。

四、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)

（1）根據(jù)欲搭建的二階系統(tǒng)的物理模型，驗(yàn)證給出的閉環(huán)傳遞函數(shù)是否正確。寫出二階系統(tǒng)的典型表達(dá)式，搭建系統(tǒng)的無阻尼自然振蕩頻率ωn為多少？若選取Rf=100KΩ，470KΩ，阻尼比分別為多少？

（2）寫出欠阻尼二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)的時(shí)域表達(dá)式。

五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求

（1）畫出二階系統(tǒng)的模擬電路。

（2）畫出實(shí)驗(yàn)所得的階躍響應(yīng)曲線。

六、思考題

（1）對于二階系統(tǒng)，說明如何從欠阻尼情況階躍響應(yīng)曲線上求取動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)δ%、tp及ts的方法（圖示說明），分析ζ對δ%及ts的影響。

（2）分析輸入通路上有哪些典型環(huán)節(jié)，寫出其傳遞函數(shù)表達(dá)式。

第二篇：實(shí)驗(yàn)二 典型環(huán)節(jié)的模擬研究與二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性

自動(dòng)控制理論實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)二

典型環(huán)節(jié)的模擬研究與二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性

（北京理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院 班級：

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學(xué)號：）

摘要：本次實(shí)驗(yàn)是基于電路連接的半實(shí)物半仿真。主要內(nèi)容包括：典型環(huán)節(jié)的模擬研究和二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性分析。

關(guān)鍵詞：比例、慣性、積分、微分、二階系統(tǒng)、瞬態(tài)、穩(wěn)定性

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

了解和掌握各典型環(huán)節(jié)模擬電路的構(gòu)成方法、傳遞函數(shù)表達(dá)式和輸出時(shí)域函數(shù)表達(dá)式。觀察和分析各典型環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線，了解各項(xiàng)電路參數(shù)對典型環(huán)節(jié)動(dòng)態(tài)特性的影響。

二、實(shí)驗(yàn)過程

1.比例環(huán)節(jié)的模擬電路及階躍響應(yīng)曲線如圖

1、圖2所示。

圖1 比例環(huán)節(jié)電路圖

傳遞函數(shù)：

圖2 比例環(huán)節(jié)階躍響應(yīng)曲線

2.慣性環(huán)節(jié)的模擬電路及階躍響應(yīng)曲線如圖

3、圖4所示。圖3 慣性環(huán)節(jié)電路圖

傳遞函數(shù)：

圖4 慣性環(huán)節(jié)階躍響應(yīng)曲線

3.積分環(huán)節(jié)的模擬電路及階躍響應(yīng)曲

線如圖

5、圖6所示。

圖5 積分環(huán)節(jié)電路圖

自動(dòng)控制理論實(shí)驗(yàn)

傳遞函數(shù)：

圖6 積分環(huán)節(jié)階躍響應(yīng)曲線

4.比例積分環(huán)節(jié)的模擬電路及階躍響應(yīng)曲線如圖

7、圖8所示。

圖7 比例積分環(huán)節(jié)電路圖

傳遞函數(shù)：

圖8 比例積分環(huán)節(jié)階躍響應(yīng)曲線

5.比例微分環(huán)節(jié)的模擬電路及階躍響應(yīng)曲線如圖

9、圖10所示。

圖9 比例微分環(huán)節(jié)電路圖

傳遞函數(shù)：

圖10比例微分環(huán)節(jié)躍響應(yīng)曲線

6.比例積分微分環(huán)節(jié)的模擬電路及階

躍響應(yīng)曲線如圖

11、圖12所示。

圖11 比例積分微分環(huán)節(jié)電路圖

傳遞函數(shù)：

圖12 比例積分微分環(huán)節(jié)躍響應(yīng)曲線

自動(dòng)控制理論實(shí)驗(yàn)

7.典型Ⅰ型二階單位反饋閉環(huán)系統(tǒng)如圖13所示。有二階閉環(huán)模擬電路如圖14所示。

R(S)E(S)K1C(S)TS?1TSi—B(S)圖13 典型Ⅰ型二階單位反饋閉環(huán)系統(tǒng)

開環(huán)傳遞函數(shù)：

閉環(huán)傳遞函數(shù)：

圖14 二階閉環(huán)模擬電路

7.1 無阻尼響應(yīng)：ξ=0，K=∞，R=0，無阻尼響應(yīng)曲線如圖15所示。

圖15 無阻尼響應(yīng)曲線

7.2 欠阻尼響應(yīng)：ξ=0.316，K=25，R=4KΩ

欠阻尼響應(yīng)曲線如圖16所示。

圖16 欠阻尼響應(yīng)曲線

7.3 臨界阻尼響應(yīng)：ξ=1，K=2.5，R=40K

Ω

臨界阻尼響應(yīng)曲線如圖17所示。

圖17 臨界阻尼響應(yīng)曲線

7.4 過阻尼響應(yīng)：ξ=1.32，K=1.43，R=70KΩ

過阻尼響應(yīng)曲線如圖18所示

圖18過阻尼響應(yīng)曲線

7.5 欠阻尼狀態(tài)下改變ωn，使ωn縮小

2倍。

其響應(yīng)曲線如圖19所示。

圖19 欠阻尼ωn縮小2倍響應(yīng)曲線

自動(dòng)控制理論實(shí)驗(yàn)

三、思考題

1..改變比例系數(shù)、微分時(shí)間常數(shù)、積分時(shí)間常數(shù)。運(yùn)行、觀察、記錄響應(yīng)曲線，分析比例、積分、微分環(huán)節(jié)的作用。2..構(gòu)建比例積分和比例微分環(huán)節(jié)電路，分析其作用。

3.改變被測系統(tǒng)的各項(xiàng)電路參數(shù)，觀察和分析Ⅰ型二階閉環(huán)系統(tǒng)阻尼比ξ<0，與阻尼比ξ=0的瞬態(tài)響應(yīng)曲線，從而完善ξ對系統(tǒng)過渡過程影響的認(rèn)識。

答：無阻尼（ξ=0）時(shí)，系統(tǒng)響應(yīng)為等幅振蕩，即以系統(tǒng)自然頻率振蕩，系統(tǒng)響應(yīng)為發(fā)散正弦振蕩，此時(shí)系統(tǒng)不穩(wěn)定。4.在二階系統(tǒng)中，臨界阻尼和過阻尼階躍響應(yīng)曲線的區(qū)別是什么？

答：臨界阻尼階躍響應(yīng)曲線的最終值恰好等于穩(wěn)定值，而過阻尼階躍響應(yīng)曲線的最終值將小于穩(wěn)定值。

5.同一阻尼系數(shù)的二階系統(tǒng)中，改變不同的自由振蕩頻率，對超調(diào)量和過渡過程時(shí)間是否有影響？

答：由超調(diào)量公式可知，超調(diào)量只與阻尼比有關(guān)，所以改變自由振蕩頻率對超調(diào)量沒有影響；而由過渡過程時(shí)間公式可知，在阻尼比不變的前提下，自由振蕩頻率與過渡過程時(shí)間成反比，即提高自由振蕩頻率，過渡過程時(shí)間變小，而自由振蕩頻率變小，過渡過程時(shí)間變大。

四、結(jié)束語

本次實(shí)驗(yàn)，是對典型環(huán)節(jié)的模擬研究，還進(jìn)行了二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)，通過對不同ωn以及值對二階系統(tǒng)在臨界阻尼、欠阻尼、過阻尼響應(yīng)的 的影響 通過短短幾節(jié)課，對典型環(huán)節(jié)的模擬研究與二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性有了更深的了解。

參考文獻(xiàn)

[1]胡壽松 自動(dòng)控制理論（第六版）科學(xué)出版社 2013 [2] 姜增如 自動(dòng)控制理論實(shí)驗(yàn) 北京理工大學(xué)出版社 2010

第三篇：實(shí)驗(yàn)五 典型環(huán)節(jié)和系統(tǒng)頻率特性的測量

黃倩

0907020102 電力系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)五

典型環(huán)節(jié)和系統(tǒng)頻率特性的測量

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1．了解典型環(huán)節(jié)和系統(tǒng)的頻率特性曲線的測試方法。2．根據(jù)實(shí)驗(yàn)求得的頻率特性曲線求取傳遞函數(shù)。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備

同實(shí)驗(yàn)一

三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1．慣性環(huán)節(jié)的頻率特性測試。2．二階系統(tǒng)頻率特性測試。

3．無源滯后—超前校正網(wǎng)絡(luò)的頻率特性測試。4．由實(shí)驗(yàn)測得的頻率特性曲線，求取相應(yīng)的傳遞函數(shù)。5．用軟件仿真的方法，求取慣性環(huán)節(jié)和二階系統(tǒng)的頻率特性。

四、實(shí)驗(yàn)原理

設(shè)G(S)為一最小相位系統(tǒng)（環(huán)節(jié)）的傳遞函數(shù)。如在它的輸入端施加一幅值為Xm、頻率為?的正弦信號，則系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出為

y?Ymsin(?t??)?XmG(j?)sin(?t??)

①

由式①得出系統(tǒng)輸出，輸入信號的幅值比

YmXmG(j?)

??G(j?)

②

XmXm顯然，G(j?)是輸入X(t)頻率的函數(shù)，故稱其為幅頻特性。如用db（分貝）表示幅頻值的大小，則式②可改寫為

L(?)?20LgG(j?)?20lgYm

③ Xm在實(shí)驗(yàn)時(shí)，只需改變輸入信號頻率?的大?。ǚ挡蛔儯?，就能測得相應(yīng)輸出信號的幅值Ym，代入上式，就可計(jì)算出該頻率下的對數(shù)幅頻值。根據(jù)實(shí)驗(yàn)作出被測系統(tǒng)(環(huán)節(jié))的對數(shù)幅頻曲線，就能對該系統(tǒng)（環(huán)節(jié)）的數(shù)學(xué)模型作出估計(jì)。

關(guān)于被測環(huán)節(jié)和系統(tǒng)的模擬電路圖，請參見附錄。

五、實(shí)驗(yàn)步驟

1．利用實(shí)驗(yàn)平臺上的通用電路單元，設(shè)計(jì)一個(gè)慣性環(huán)節(jié)（可參考本實(shí)驗(yàn)附錄的圖4-4）的模擬電路。待檢查電路接線無誤后，接通實(shí)驗(yàn)平臺的電源總開關(guān)，并開啟±5V，±15V直流穩(wěn)壓電源。

2．把采集卡接口單元的輸出端DA1、輸入端AD2與電路的輸入端相連，電路的輸出端則與采集卡接口單元中的輸入端AD1相連。連接好采集卡接口單元與PC上位機(jī)的通信線。待接線完成并檢查無誤后，在PC機(jī)上啟動(dòng)“THBDC-1”軟件。具體操作步驟如下：

① 點(diǎn)擊“通道設(shè)置”按鈕，選擇相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集通道（雙通道），然后點(diǎn)擊“開始采集”按鈕，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

② 點(diǎn)擊“虛擬示波器”按鈕，選擇“Bode”圖顯示模式，然后點(diǎn)擊 “開始”按鈕。③ 點(diǎn)擊“信號發(fā)生器”按鈕，選擇“正弦波信號”，并設(shè)置好信號幅值，然后點(diǎn)擊“變頻輸出（頻率范圍為0.1～30Hz）”及“開始”按鈕，即可觀測環(huán)節(jié)的幅頻特性。

注：②與③操作順序不可顛倒。

④ 點(diǎn)擊“暫停”及“存儲”按鈕”，保存實(shí)驗(yàn)波形。

3．利用實(shí)驗(yàn)平臺上的通用電路單元，設(shè)計(jì)一個(gè)二階閉環(huán)系統(tǒng)（可參考本實(shí)驗(yàn)附錄的圖4-7）的模擬電路。完成二階系統(tǒng)閉環(huán)頻率特性曲線的測試，并求取其傳遞函數(shù)。具體操作步驟請參考本實(shí)驗(yàn)步驟2。

4．點(diǎn)擊“仿真平臺”按鈕，根據(jù)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)在“傳遞函數(shù)”欄中填入該電路實(shí)際傳遞函數(shù)的參數(shù)，觀測該電路的仿真曲線（Bode圖），并與電路模擬研究的結(jié)果相比較。

5．根據(jù)實(shí)驗(yàn)時(shí)存儲的波形完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求

1．寫出被測環(huán)節(jié)和系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，并畫出相應(yīng)的模擬電路圖。

2．把實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)和理論計(jì)算數(shù)據(jù)列表，繪出它們的Bode圖，并分析實(shí)測的Bode圖產(chǎn)生誤差的原因。

3．用上位機(jī)實(shí)驗(yàn)時(shí)，根據(jù)由實(shí)驗(yàn)測得二階閉環(huán)頻率特性曲線，寫出該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。

七、實(shí)驗(yàn)思考題

1．在實(shí)驗(yàn)中如何選擇輸入正弦信號的幅值？

2．用示波器測試相頻特性時(shí)，若把信號發(fā)生器的正弦信號送入Y軸，被測系統(tǒng)的輸出信號送至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滯后？

3．根據(jù)上位機(jī)測得的Bode圖的幅頻特性，就能確定系統(tǒng)（或環(huán)節(jié)）的相頻特性，試問這在什么系統(tǒng)時(shí)才能實(shí)現(xiàn)？

八、附錄

1．Bode圖的測試方法 1)用示波器測量幅頻特性

G(j?)?Ym2Y?m Xm2Xm改變輸入信號的頻率，測出相應(yīng)的幅值比，并計(jì)算

L(?)?20logA(?)?20log其測試框圖如下所示：

圖4-2 幅頻特性的測試圖

2）用PC機(jī)（利用上位機(jī)提供的虛擬示波器和信號發(fā)生器）

圖4-3 用虛擬示波器測幅頻特性的方框圖

2Ym

（db）2Xm2．慣性環(huán)節(jié)

傳遞函數(shù)和電路圖為

G(s)?

uo(s)K??ui(s)TS?10.1s?1圖4-4 慣性環(huán)節(jié)的電路圖

其中

C=1uF，R1=100K，R2=100K，R0=200K 其幅頻特性為

圖4-5 慣性環(huán)節(jié)的幅頻特性

實(shí)驗(yàn)臺上的參考單元：U7、U5 3．二階系統(tǒng)

傳遞函數(shù)和方框圖為：

2?n15 W(S)???22220.2S?S?1S?5S?5S?2??nS??n?n?5，??5?5?1.12（過阻尼）

252

圖4-6 典型二階系統(tǒng)的方框圖

其模擬電路圖為

圖4-7 典型二階系統(tǒng)的電路圖

其中Rx可調(diào)。這里可取100K(??1)、10K(0???0.707)兩個(gè)典型值。其幅頻特性為

圖4-8 典型二階系統(tǒng)的幅頻特性(??1)

實(shí)驗(yàn)臺上的參考單元：U6、U10、U5 4．無源滯后—超前校正網(wǎng)絡(luò) 其模擬電路圖為

圖4-9無源滯后—超前校正網(wǎng)絡(luò)

其中R1=100K，R2=100K，C1=0.1uF，C2=1uF 其傳遞函數(shù)為

GC(S)?(1?T2S)(1?T1S)(1??T2S)(1?T1S/?)

其幅頻特性為

圖4-10無源滯后—超前校正網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性

實(shí)驗(yàn)臺上的參考單元：U2

實(shí)驗(yàn)記錄：

思考題： 在實(shí)驗(yàn)中如何選擇輸入正弦信號的幅值? 答：先將頻率調(diào)到很大，再是信號幅值應(yīng)該調(diào)節(jié)信號發(fā)生器的信號增益按鈕，根據(jù)需要進(jìn)行選擇

第四篇：3. 典型環(huán)節(jié)的頻率特性的測量

實(shí)驗(yàn)報(bào)告

課程名稱：

控制理論（乙）

指導(dǎo)老師：

韋巍老師的助教

成績：_________________ 實(shí)驗(yàn)名稱：

典型環(huán)節(jié)的電路模擬 實(shí)驗(yàn)類型：

控制理論實(shí)驗(yàn)

同組學(xué)生姓名：

則系統(tǒng)的轉(zhuǎn)折頻率為fT?3.3二階系統(tǒng)

1=1.66Hz 2??T

由圖3(Rx=100K)可得系統(tǒng)的傳遞函數(shù)和方框圖為：

?n15W(S)???0.2S2?S?1S2?5S?5S2?2??nS??n22

?n?5，??525?5?1.12（過阻尼）2

圖3 典型二階系統(tǒng)的方框圖

其模擬電路圖為

圖4 典型二階系統(tǒng)的電路圖

其中Rx可調(diào)。這里可取100K(??1)、10K(0???0.707)兩個(gè)典型值。當(dāng) Rx=100K時(shí)的幅頻近似圖如圖5所示。

圖5 典型二階系統(tǒng)的幅頻特性(??1)

3.4無源滯后—超前校正網(wǎng)絡(luò)

其模擬電路圖為

圖6無源滯后—超前校正網(wǎng)絡(luò)

其中R1=100K，R2=100K，C1=0.1UF，C2=1UF

其傳遞函數(shù)為

(1?R2C2S)(1?R1C1S)(T1S1?1)(T2S?1)?

GC(S)?

(5-5)(1?R2C2S)(1?R1C1S)?R1C2ST1T2S2?(T1?T2?T12)S?1式中

T1＝R1C1，T2＝R2C2，T12＝R1C2 將上式改為

G(S)?(T1S?1)(T2S?1)

(5-6)(?1S?1)(?2S?1)對比式(5-5)、(5-6)得 τ1·τ2＝T1T2 τ1+τ2＝T1+T2+T12

由給定的R1、C1和R2、C2，求得T1＝0.01s，T2＝0.1s，T12＝0.1s。代入上述二式，解得τ1＝4.87×10-3s，τ2＝0.2051s。于是得

T1?1??2T2???2，這樣式(5-6)又可改等為β

(T1S?1)(T2S?1)

(5-7)

T1(?T2S?1)(S?1)G(S)??其幅頻的近似圖如圖7所示。

圖7無源滯后—超前校正網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性

四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備

THBDC-2型 控制理論·計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺；PC機(jī)一臺(含“THBDC-2”軟件)、USB數(shù)據(jù)采集卡、37針通信線1根、16芯數(shù)據(jù)排線、USB接口線。

五、實(shí)驗(yàn)步驟 5.1二階系統(tǒng)

根據(jù)圖5-7所示二階系統(tǒng)的電路圖，選擇實(shí)驗(yàn)臺上的通用電路單元設(shè)計(jì)并組建相應(yīng)的模擬電路，如圖8所示。

（1）當(dāng)RX?100K時(shí)：具體步驟請參考慣性環(huán)節(jié)的相關(guān)操作，最后的終至頻率2Hz即可。

（2）當(dāng)RX?10K時(shí)：具體步驟請參考慣性環(huán)節(jié)的相關(guān)操作，最后的終至頻率5Hz即可。5.2無源滯后—超前校正網(wǎng)絡(luò)

圖8 典型二階系統(tǒng)的電路圖

根據(jù)圖9無源滯后—超前校正網(wǎng)絡(luò)的電路圖，選擇實(shí)驗(yàn)臺上的U2通用電路單元設(shè)計(jì)并組建其模擬電路，如圖10所示。

圖10無源滯后—超前校正網(wǎng)絡(luò)（電路參考單元為：U2）

具體步驟請參考慣性環(huán)節(jié)的相關(guān)操作，最后的終至頻率100Hz即可。5.3根據(jù)實(shí)驗(yàn)存儲的波形，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

六、數(shù)據(jù)分析與處理 6.1二階系統(tǒng)

（1）當(dāng)RX?100K時(shí)，直接從軟件獲得折線圖如下：

轉(zhuǎn)折頻率約4.7 Hz（2）當(dāng)RX?10K時(shí)，直接從軟件獲得折線圖如下獲得折線圖如下：

諧振峰值4dB，與諧振頻率6.15Hz。6.2無源滯后—超前校正網(wǎng)絡(luò) 直接從軟件獲得折線圖如下：

七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 7.1二階電路

（1）當(dāng)RX?100K時(shí)的二階電路 電路圖為：

開環(huán)傳遞函數(shù)：

G(S)?用Matlab繪制理論波特圖，其輸入程序如下：

S（0.2S?1)

得到的圖形如下：

Bode Diagram200Magnitude(dB)Phase(deg)-20-40-60-80-90-135-18010-110010Frequency(rad/s)1102

實(shí)驗(yàn)值與理論值基本相符，在誤差范圍內(nèi)。理論轉(zhuǎn)折點(diǎn)頻率應(yīng)為5Hz。（2）RX?10K時(shí)的二階電路 電路圖為：

此時(shí)開環(huán)傳遞函數(shù)為

G(S)?用Matlab繪制其波特圖輸入程序如下：

0.1S（0.2S?1)

得到的波特圖如下：

Bode DiagramGm = Inf dB(at Inf rad/s), Pm = 60 deg(at 8.66 rad/s)100Magnitude(dB)Phase(deg)-10-20-30-40-500-45-90-135-18010-110010Frequency(rad/s)1102

實(shí)驗(yàn)值與理論值基本相符，在誤差范圍內(nèi)。理論諧振值為3.59dB，理論諧振頻率為6.146Hz。2.無源滯后—超前校正網(wǎng)絡(luò) 其模擬電路圖為

其中R1=100K，R2=100K，C1=0.1uF，C2=1uF 則其傳遞函數(shù)為

GC(S)?(1?R2C2S)(1?R1C1S)(T1S1?1)(T2S?1)?

(1?R2C2S)(1?R1C1S)?R1C2ST1T2S2?(T1?T2?T12)S?1式中

T1＝R1C1，T2＝R2C2，T12＝R1C2 將上式改為

G(S)?對比式以上兩式得

(T1S?1)(T2S?1)

(?1S?1)(?2S?1)τ1·τ2＝T1T2 τ1+τ2＝T1+T2+T12

由給定的R1、C1和R2、C2，求得T1＝0.01s，T2＝0.1s，T12＝0.1s。代入上述二式，解得τ1＝4.87×10-3s，τ2＝0.2051s。即

G(S)?(0.01S?1)(0.1S?1)

(0.00487S?1)(0.2051S?1)用Matlab繪制此時(shí)的波特圖，輸入程序?yàn)椋?/p>

得到的圖形如下所示：

Bode DiagramGm = Inf , Pm =-178 deg(at 3.73e+03 rad/s)2Magnitude(dB)Phase(deg)0-2-4-620100-10-2010-***4Frequency(rad/s)

理論值與實(shí)驗(yàn)值基本相符，在誤差允許范圍內(nèi)。算得曲線對應(yīng)的兩個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)頻率應(yīng)為10Hz與100Hz。7.3 誤差分析

實(shí)驗(yàn)實(shí)測的BODE圖與利用Matlab繪制的BODE圖存在一定的誤差，可能原因有：（1）實(shí)驗(yàn)搭建的模擬電路元件存在誤差，導(dǎo)致傳遞函數(shù)與理論值不符，造成測量誤差。（2）實(shí)驗(yàn)用信號發(fā)生器的頻率測量存在誤差。（3）信號采樣過程中存在誤差。（4）波特圖讀取采集點(diǎn)時(shí)存在誤差。

八、實(shí)驗(yàn)思考題

8.1在實(shí)驗(yàn)中如何選擇輸入正弦信號的幅值？

答：先將頻率調(diào)到很大，再是信號幅值應(yīng)該調(diào)節(jié)信號發(fā)生器的信號增益按鈕，令示波器的顯示方式為信號－時(shí)間模式，然后觀測輸出信號，調(diào)節(jié)頻率，觀察在各個(gè)頻段是否失真。

8.2用示波器測試相頻特性時(shí)，若把信號發(fā)生器的正弦信號送入Y軸，被測系統(tǒng)的輸出信號送至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滯后？

答：如果輸入和輸出信號交換輸入的話，則判斷超前和滯后的方法也要反過來，即順時(shí)針時(shí)為滯后，逆時(shí)針時(shí)為超前。

8.3根據(jù)上位機(jī)測得的Bode圖的幅頻特性，就能確定系統(tǒng)（或環(huán)節(jié)）的相頻特性，試問這在什么系統(tǒng)時(shí)才能實(shí)現(xiàn)？

答： 在穩(wěn)定的系統(tǒng)能夠確定系統(tǒng)（或環(huán)節(jié)）的相頻特性。

第五篇：典型環(huán)節(jié)和系統(tǒng)頻率特性的測量

THBCC-1實(shí)驗(yàn)平臺 1 5/17/2012 8:55:00 AM 典型環(huán)節(jié)和系統(tǒng)頻率特性的測量

姓名: 學(xué)號: 班級:同組人：實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師：

成績：

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.了解典型環(huán)節(jié)和系統(tǒng)的頻率特性曲線的測試方法； 2.根據(jù)實(shí)驗(yàn)求得的頻率特性曲線求取傳遞函數(shù)。

二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或曲線

輸入正弦信號圖像：

圖1 實(shí)驗(yàn)曲線

1.慣性環(huán)節(jié)

性環(huán)節(jié)的電路圖 ：

系統(tǒng)傳遞函數(shù)為：

G(s)?uo(s)K1 ??ui(s)TS?10.1s?1波形圖像：

a、正弦波的頻率在0.2Hz到2Hz的時(shí)，采樣頻率設(shè)為1000Hz

THBCC-1實(shí)驗(yàn)平臺 1 5/17/2012 8:55:00 AM

b、正弦波的頻率在2Hz到50Hz的時(shí)，采樣頻率設(shè)為5000Hz。

2.二階系統(tǒng)

二階系統(tǒng)的電路圖：

THBCC-1實(shí)驗(yàn)平臺 1 5/17/2012 8:55:00 AM 系統(tǒng)傳遞函數(shù)：

?n15 W(S)???22220.2S?S?1S?5S?5S?2??nS??n波形圖像：

2a、當(dāng)RX?100K時(shí)

b、當(dāng)RX?10K時(shí)

THBCC-1實(shí)驗(yàn)平臺 1 5/17/2012 8:55:00 AM

3.滯后—超前校正網(wǎng)絡(luò)

無源滯后—超前校正網(wǎng)絡(luò)的電路圖

傳遞函數(shù)為：

(1?R2C2S)(1?R1C1S)(1?T2S)(1?T1S)GC(S)??(1?R2C2S)(1?R1C1S)?R1C2S(1??T2S)(1?T1S/?)

幅頻特性曲線：

THBCC-1實(shí)驗(yàn)平臺 1 5/17/2012 8:55:00 AM

三、實(shí)驗(yàn)思考：

1.在實(shí)驗(yàn)中如何選擇輸入正弦信號的幅值？

答：通過THBCC-1軟件，我們得到輸入正弦信號波形圖，在通過測量波形的峰峰值并不斷調(diào)整峰峰值就能得到所需的正弦信號幅值。

2.用示波器測試相頻特性時(shí)，若把信號發(fā)生器的正弦信號送入Y軸，被測系統(tǒng)的輸出信號送至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滯后？ 答：如果輸入和輸出信號交換輸入的話，則判斷超前和滯后的方法也要反過來，即順時(shí)針為滯后，逆時(shí)針為超前。

3.根據(jù)上位機(jī)測得的Bode圖的幅頻特性，就能確定系統(tǒng)（或環(huán)節(jié)）的相頻特性，試問這在什么系統(tǒng)時(shí)才能實(shí)現(xiàn)？

答： 在穩(wěn)定的系統(tǒng)能夠確定系統(tǒng)（或環(huán)節(jié)）的相頻特性。