關(guān)于系統(tǒng)頻率特性的測(cè)試總結(jié)
關(guān)于系統(tǒng)頻率特性的測(cè)試總結(jié)
篇一：系統(tǒng)頻率特性的測(cè)試實(shí)驗(yàn)報(bào)告
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/strong>
�。�1）明確測(cè)量幅頻和相頻特性曲線的意義； （2）掌握幅頻曲線和相頻特性曲線的測(cè)量方法； （3）利用幅頻曲線求出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。
二、實(shí)驗(yàn)原理：
在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，首先要建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，而建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。如果系統(tǒng)的各個(gè)部分都可以拆開，每個(gè)物理參數(shù)能獨(dú)立得到，并能用物理公式來(lái)表達(dá)，這屬機(jī)理建模方式，通常教材中用的是機(jī)理建模方式。如果系統(tǒng)的各個(gè)部分無(wú)法拆開或不能測(cè)量具體的物理量，不能用準(zhǔn)確完整的物理關(guān)系式表達(dá)，真實(shí)系統(tǒng)往往是這樣。比如“黑盒”，那只能用二端口網(wǎng)絡(luò)純的實(shí)驗(yàn)方法來(lái)建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，實(shí)驗(yàn)建模有多種方法。此次實(shí)驗(yàn)采用開環(huán)頻率特性測(cè)試方法，確定系統(tǒng)傳遞函數(shù)。準(zhǔn)確的系統(tǒng)建模是很困難的，要用反復(fù)多次，模型還不一定建準(zhǔn)。另外，利用系統(tǒng)的頻率特性可用來(lái)分析和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，用Bode圖設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)就是其中一種。
幅頻特性就是輸出幅度隨頻率的變化與輸入幅度之比，即A()Uo()。測(cè)幅頻特性時(shí)，Ui改變正弦信號(hào)源的頻率，測(cè)出輸入信號(hào)的幅值或峰峰值和輸輸出信號(hào)的幅值或峰峰值。
測(cè)相頻有兩種方法：
�。�1）雙蹤信號(hào)比較法：將正弦信號(hào)接系統(tǒng)輸入端，同時(shí)用雙蹤示波器的Y1和Y2測(cè)量系統(tǒng)的輸入端和輸出端兩個(gè)正弦波，示波器觸發(fā)正確的話，可看到兩個(gè)不同相位的正弦波，測(cè)出波形的周期T和相位差Δt，則相位差t3600。這種方法直觀，容易理解。就模擬器而言，這種方法用于高頻信號(hào)測(cè)量比較合適。
�。�2）李沙育圖形法：將系統(tǒng)輸入端的正弦信號(hào)接示波器的X軸輸入，將系統(tǒng)輸出端的正弦信號(hào)接示波器的Y軸輸入，兩個(gè)正弦波
將合成一個(gè)橢圓。通過(guò)橢圓的切、割比值，橢圓所在的象限，橢圓軌跡的旋轉(zhuǎn)方向這三個(gè)要素來(lái)決定相位差。就模擬示波器而言，這種方法用于低頻信號(hào)測(cè)量比較合適。若用數(shù)字示波器或虛擬示波器，建議用雙蹤信號(hào)比較法。 利用幅頻和相頻的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以作出系統(tǒng)的波Bode圖和Nyquist圖。
三、預(yù)習(xí)與回答：
�。�1）實(shí)驗(yàn)時(shí)，如何確定正弦信號(hào)的幅值？幅度太大會(huì)出現(xiàn)什么問(wèn)題，幅度過(guò)小又會(huì)出現(xiàn)什么問(wèn)題？
答：根據(jù)實(shí)驗(yàn)參數(shù)，計(jì)算正弦信號(hào)幅值大致的范圍，然后進(jìn)行調(diào)節(jié)，具體確定調(diào)節(jié)幅值時(shí)，首先要保證輸入波形不失真，同時(shí)，要保證在頻率較大時(shí)輸出信號(hào)衰減后人能夠測(cè)量出來(lái)。如果幅度過(guò)大，波形超出線性變化區(qū)域，產(chǎn)生失真；如果波形過(guò)小，后續(xù)測(cè)量值過(guò)小，無(wú)法精確的測(cè)量。
�。�2）當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)未知時(shí)，如何確定正弦信號(hào)源的頻率？
答：從理論推導(dǎo)的角度看，應(yīng)該采取逐點(diǎn)法進(jìn)行描述，即ω 從0變化到∞，得到變化時(shí)幅度和相位的值。從實(shí)際操作來(lái)看，ω 值過(guò)小所取得的值無(wú)意義，因此我們選取[1.0,100.0]的范圍進(jìn)行測(cè)量。
四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：
THBDC-1實(shí)驗(yàn)平臺(tái) THBDC-1虛擬示波器
五、實(shí)驗(yàn)線路圖（模擬實(shí)物圖）
虛擬示波
六、實(shí)驗(yàn)步驟：
�。�1）按照試驗(yàn)線路圖接線，用U7、U9、U11、U13單元，信號(hào)源的輸入接“數(shù)據(jù)采集接口” AD1(藍(lán)色波形)，系統(tǒng)輸出接“數(shù)據(jù)采集接口”AD2(紅色波形)。 （2）信號(hào)源選“正弦波”，幅度、頻率根據(jù)實(shí)際線路圖自定，一般賦值過(guò)小會(huì)出現(xiàn)非線性， 過(guò)大則會(huì)失真。
�。�3）點(diǎn)擊屏上THBDC-1示波器圖標(biāo)，直接點(diǎn)擊“確定”，進(jìn)入虛擬示波器界面，點(diǎn)“示波 器（E）”菜單，選中“幅值自動(dòng)”和“時(shí)基自動(dòng)”。在“通道選擇”下拉菜單中選“通 道（1-2）”，“采樣頻率”調(diào)至“1”。點(diǎn)“開始采集”后，虛擬示波器可看到正弦波，再 點(diǎn)“停止采集”，波形將被鎖住，利用示波器“雙十跟蹤”可準(zhǔn)確讀出波形的幅度。改 變信號(hào)源的頻率，分別讀出系統(tǒng)輸入和輸出的峰峰值，填入幅頻數(shù)據(jù)表中。 （4）測(cè)出雙蹤不同頻率下的Δt和T填相頻數(shù)據(jù)表，利用公式t3600算出相位差。 T
七、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
八．實(shí)驗(yàn)分析及思考題：
畫出系統(tǒng)的實(shí)際幅度頻率特性曲線、相位頻率特性曲線，并將實(shí)際幅度頻率特性曲線轉(zhuǎn)換成折線式Bode圖，并利用拐點(diǎn)在Bode圖上求出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。
(1)由實(shí)際測(cè)量得到的幅度頻率特性曲線、相位頻率特性曲線、折線式Bode圖見坐標(biāo)紙。由折線式Bode圖得到折線頻率為w1=6.780,w2=19.181,w3=40，求得T1=0.147,T2=0.052,T3=0.025,即實(shí)際開環(huán)傳遞函數(shù)為： G（s）=1/(0.147s+1)(0.052s+1)(0.025s+1)
(2)用文字簡(jiǎn)潔敘述利用頻率特性曲線求取系統(tǒng)傳遞函數(shù)的步驟方法。 答：系統(tǒng)傳遞函數(shù)表示形式為：G(s)K(T1s1)。在對(duì)數(shù)頻率特性曲線上(T2s1)(T3s1)(T4s1)分別畫出斜率為40dB/dec、20dB/dec、0dB/dec、-20dB/dec、-40dB/dec、-60dB/dec等的漸近線，平移這些漸近線直至與對(duì)數(shù)頻率特性曲線有切點(diǎn)，找出斜率臨近的兩條漸近線的交點(diǎn)，即為一個(gè)轉(zhuǎn)折頻率點(diǎn)。求出相應(yīng)的時(shí)間常數(shù)1，且通過(guò)斜率可以判斷為慣性環(huán)節(jié)（在分母上）還是一階微分環(huán)節(jié)（在分子上），在確定好各個(gè)環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)后可以確定出常數(shù)K。(3)奈奎斯特圖
篇二：實(shí)驗(yàn)四 控制系統(tǒng)頻率特性的測(cè)試(實(shí)驗(yàn)報(bào)告)
一． 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/strong>
認(rèn)識(shí)線性定常系統(tǒng)的頻率特性，掌握用頻率特性法測(cè)試被控過(guò)程模型的原理和方法，根據(jù)開環(huán)系統(tǒng)的對(duì)數(shù)頻率特性，確定系統(tǒng)組成環(huán)節(jié)的參數(shù)。
二．實(shí)驗(yàn)裝置
（1）微型計(jì)算機(jī)。
（2）自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)軟件。
三．實(shí)驗(yàn)原理及方法
（1）基本概念
一個(gè)穩(wěn)定的線性定常系統(tǒng)，在正弦信號(hào)的作用下，輸出穩(wěn)態(tài)與輸入信號(hào)關(guān)系如下：幅頻特性 相頻特性
�。�2）實(shí)驗(yàn)方法
設(shè)有兩個(gè)正弦信號(hào)：若以x(t)為橫軸，以y(t)為縱軸，而以t作為參變量，則隨t的變化，x(t)和y(t)所確定的點(diǎn)的軌跡，將在 x--y平面上描繪出一條封閉的曲線（通常是一個(gè)橢圓）。這就是所謂“李沙育圖形”。由李沙育圖形可求出Xm ，Ym，φ，
四．實(shí)驗(yàn)步驟
�。�1）根據(jù)前面的實(shí)驗(yàn)步驟點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)七、控制系統(tǒng)頻率特性測(cè)試菜單。
�。�2）首先確定被測(cè)對(duì)象模型的傳遞函數(shù), 預(yù)先設(shè)置好參數(shù)T1、T2、ξ、K
�。�3）設(shè)置好各項(xiàng)參數(shù)后，開始仿真分析，首先做幅頻測(cè)試，按所得的頻率范圍由低到高，及ω由小到大慢慢改變，特別是在轉(zhuǎn)折頻率處更應(yīng)該多取幾個(gè)點(diǎn)
五.數(shù)據(jù)處理
�。ㄒ唬┑谝环N處理方法
（二）第二種方法：
由實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图�，由制bode圖，繪制Bode圖。實(shí)驗(yàn)設(shè)置模型根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果繪
�。ㄈ┱`差分析
兩圖形的大體趨勢(shì)一直，從而驗(yàn)證了理論的正確性。在拐點(diǎn)處有一定的差距，在某些點(diǎn)處也存在較大的誤差。
分析：（1）在讀取數(shù)據(jù)上存在較大的誤差，而使得理論結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間存在。 （2）在數(shù)值應(yīng)選取上太合適，而使得所畫出的bode圖形之間存在較大的差距。 （3）在實(shí)驗(yàn)計(jì)算相角和幅值方面本來(lái)就存在著近似，從而使得誤差存在，而使得兩個(gè)圖形之間有差異
六.思考討論
�。�1）是否可以用“李沙育”圖形同時(shí)測(cè)量幅頻特性和想頻特性 答：可以。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中一個(gè)頻率可同時(shí)記錄2Xm，2Ym，2y0。
（2）討論用“李沙育圖形”測(cè)量頻率特性的精度，即誤差分析（說(shuō)明誤差的主要來(lái)源） 答：用“李沙育圖形”測(cè)量頻率特性的精度從上面的分析處理上也可以看出是比較高的，但是在實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論的結(jié)果之間還是存在一定的差距，這些誤差主要來(lái)自于從“李沙育圖形”上讀取數(shù)據(jù)的時(shí)候存在的誤差，也可能是計(jì)算機(jī)精度方面的誤差。
�。�3）對(duì)用頻率特性測(cè)試系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型方法的評(píng)測(cè)
答：用這種方法進(jìn)行此次實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜃屛覀兏玫亓私馄溥^(guò)程，原理及方法。但本次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)量很大，需要讀取較多坐標(biāo)，教學(xué)軟件可以更智能一些，增加一些自動(dòng)讀取坐標(biāo)的功能。
七.實(shí)驗(yàn)總結(jié)
通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)，我加深了對(duì)線性定常系統(tǒng)的頻率特性的認(rèn)識(shí)，掌握了用頻率特性法測(cè)試被控過(guò)程模型的原理和方法。使我把書本知識(shí)與實(shí)際操作聯(lián)系起來(lái)，加深了對(duì)課程內(nèi)容的理解。在處理數(shù)據(jù)時(shí)，需要進(jìn)行一定量的計(jì)算，這要求我們要細(xì)心、耐心，作圖時(shí)要注意不能用普通坐標(biāo)系，而是半對(duì)數(shù)坐標(biāo)系進(jìn)行作圖。
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