实验三、典型环节的频率特性测量
实验三 典型环节的频率特性测量
姓名，班级学号 ； 姓名，班级学号姓名，班级学号 ； 姓名，班级学号姓名，班级学号 ； 姓名，班级学号实验三典型环节（系统）的频率特性测量一．实验目的1．学习和掌握测量典型环节（或系统）频率特性曲线的方法和技能。
2．学习根据所测得频率特性，作出伯德图。
二．实验内容1．用实验方法完成一阶惯性环节的频率特性曲线测试。
2．用实验方法完成比例环节、积分环节、惯性环节及二阶系统的频率特性曲线测试。
三．实验步骤1．熟悉实验设备上的信号源，掌握改变正弦波信号幅值和频率的方法。
2．利用实验设备完成比例环节、积分环节、惯性环节和二阶系统开环频率特性曲线的测试。
3．根据测得的频率特性曲线（或数据）求取各自的传递函数。
4．分析实验结果，完成实验报告。
四．实验线路及原理(一)实验原理对于稳定的线性定常系统或环节，当输入端加入一正弦信号时，它的稳态输出时一与输入信号同频率的正弦信号，但其幅值和相位将随输入信号频率的改变而改变，即：即相频特性即幅频特性,)()()(,)()()(sin )(])(sin[)()(ωωωωωφωωωωωωωj G t j G t j G Aj G A A tA t r j G t j G A t c ∠=-∠+====∠+=只要改变输入信号的频率，就可以测出输出信号与输入信号的幅值比)(ωj G 和它的相位差)(ωφ，不断改变输入信号的频率，就可测得被测环节的幅频特性和相频特性。
（二）实验线路1．比例(P)环节的模拟电路 比例环节的传递函数为：K s U s U i O =)()(，取ωj s =代入，得G(jw)=k, A(w)=k, Φ(w)=0°其模拟电路和阶跃响应，分别如图1.1.2，实验参数取R 0＝100k ，R 1＝200k ，R=10k 。
2．积分(I)环节的模拟电路 积分环节的传递函数为：Tss U s U i O 1)()(=其模拟电路，如图1.2.2所示，实验参数取R 0＝100k ，C ＝1uF ，R=10k 。
自动控制原理3第三节典型环节的频率特性
左图是不同阻尼系数情况下的 对数幅频特性和对数相频特性 图。上图是不同阻尼系数情况 下的对数幅频特性实际曲线与 渐近线之间的误差曲线。
1 2T 1 T 2 T 5 T 10 T
1 5T
Saturday, November 05, 2016
15
微分环节的频率特性
⒌ 微分环节的频率特性： 微分环节有三种：纯微分、一阶微分和二阶微分。传递函 数分别为： G( s) s
05, 2016
12
振荡环节的波德图
2 T ( ) tg 相频特性： 1 T 2 2
1
几个特征点： 0, ( ) 0;
1 , ( ) ; , ( ) 。 T 2
由图可见：
K 10, T 1, 0.3 10 G ( j ) 2 s 0.6s 1 1 o T
1
幅频特性为： 相频特性为：
A( )
(1 T 2 2 )2 (2T )2 2 T ( ) tg 1 1 T 2 2
L( ) 20 log A( ) 20 log (1 T 2 2 ) 2 (2 T ) 2 对数幅频特性为：
低频段渐近线： T 1时，L( ) 0 高频段渐近线： T 1时， L( ) 20 log (T 2 2 ) 2 40 log T 1 两渐进线的交点 o 称为转折频率。斜率为-40dB/Dec。 T Saturday, November
1 2
T
时，无谐振峰值。当
M p A( p )
1 2
1 0.707时， p 0 。 2
时，有谐振峰值。
1 2 1 2
1 当 0 ， A(0 ) ， 。 L ( ) 20 lg 2 0 2
典型环节频率特性分析实
实验三 典型环节频率特性分析一．实验目的1. 学习频率特性分析仪的使用；2. 掌握频率特性测试方法；3. 掌握由对象频率特性求传递函数的方法。
二．实验设备及简介1. 实验设备TD4011A 频率特性分析仪，微计算机，打印机。
2. TD4011A 频率特性分析仪简介数字键区信号发生器输出图2 TD4011A 频率特性分析仪面板图TD4011A 分析仪如图1所示，由信号发生器和分析器组成。
其面板图如图2所示。
主要按键功能： ⑴．上档键 —DELAY — 延迟时间。
分0.1s 、1s 、10s 三档。
每按一次，循环改变一次。
CYCLE — 积分周数。
分 1、10、100、1000三档。
每按一次，循环改变一次。
积分周数大精度高。
AMPL — 信号发生器输出电压值。
FREQ — 信号发生器输出频率值。
F MAX — 扫频（即频率按顺序变化）频率上限。
F MIN — 扫频频率下限。
D LOG — 对数扫频增量（每倍频程扫频步数） D LIN — 线性扫频增量（单位：Hz ）PROGRAM — 前后面板输入选择。
0为前面板输入，1为后面板输入。
用数字键区 ※ 以上功能设定，均由图1 TD4011A 频率特性分析仪⑵．下档键—下档功能中AUTO、30mV、300mV、3V、30V、300V为输入量程选择；；※下档键功能均为灯亮有效。
⑶．中档键—RECYCLE —发生器输出连续扫频信号；SINGLE —发生器输出单步扫频信号；STOP —测量停止。
只有此键灯亮时才能对面板状态进行设定；HOLD —将发生器信号保持在扫频范围内的某一频率上；LOG↑—对数上扫（即发生器信号频率按对数规律由F MIN至F MAX变化）；LIN↑—线性上扫；LOG↓—对数下扫；LIN↓—线性下扫；OFF —关断扫频；LOCAL —与计算机进行通讯；PRINT —打印，实验中此功能不用；PROGRAM —信号源停止时的相位设置。
自动控制理论3-频率特性的测量
自动控制理论试验之三频率特性的测量一、实验目的学习测量系统或环节的频率特性二、实验设备1、超低频信号发生器2、示波器3、电子模拟装置及导线三、实验内容，数据记录1、测量微分积分环节的频率特性(1)相频特性相频特性的测试线路如图1所示。
信号发生器的输出信号送入X轴，系统的输出送入Y1轴。
得李萨如图形，以示波器的光标测量椭圆X上的投影长2X0和椭圆中间的长度2Xm，得θ=arcsin(2X0/2Xm)。
变化输入频率w，得到一组θ，即可绘制系统的相频特性，并可以与理论计算θ得到的图形比较。
w=30(1/s)李萨如图 w＝ 80（1/s）李萨如图数据记录如下。
相频特性表格f(Hz)w(rad/s) T(s)2Xm(v) 2Xo(v) 实测θ0(w)计算θ0(w)光点转动方向0.16 1 6.28E+00 6.063 2.719 -26.645 -25.3 逆 0.32 2 3.14E+00 6.063 3.813 -38.969 -38.2 逆 0.80 5 1.26E+00 6.063 4.031 -41.671 -42.6 逆 1.27 8 7.85E-01 6.063 3.438 -34.544 -35.8 逆 1.59 10 6.28E-01 6.063 3.063 -30.344 -30.6 逆 4.77 30 2.09E-01 6.063 0.000 0.000 -1.2 直线 7.96 50 1.26E-01 6.063 1.500 14.324 12.3 顺 12.73 80 7.85E-02 6.063 2.766 27.143 25.2 顺 15.92 100 6.28E-02 6.063 3.281 32.762 30.7 顺 31.83 200 3.14E-02 6.063 4.156 43.272 42.6 顺 47.75 300 2.09E-02 6.063 4.125 42.871 43.5 顺 95.50 600 1.05E-02 6.063 3.313 33.122 35.1 顺 127.33 800 7.85E-03 6.063 2.718 26.634 29.6 顺 159.1610006.28E-036.0632.43823.71025.2 顺根据电路图得出系统的传递函数为：G(s)=2211010006101000s s s s ++++根据所测的数据画出相频特性曲线如下图所示100101102103一阶系统的相频特性曲线w <G (w )(2)幅频特性信号发生器的正弦信号送入Y2，被测系统的输出仍然送入Y1。
频率特性测试实验课件新
实验二 二阶系统频率特性的测试 (设计实验) 设计实验)
实验要求
1 、设计二阶系统要求 ξ=0.5 (参照上次实验 电路及参数设计) 2 、根据控制系统频率特性测试原理对所设计 的二阶系统实验电路进行频率测试. 3 、根据测试数据进行计算整理,绘制频率特性.
二阶系统频率特性测试原理接线图. 二阶系统频率特性测试原理接线图.
0 -45° -90°
ω
1/T
惯性环节对数频率特性
五、实验内容
1、按惯性环节的频率特性测试原理接线图接线。 2、使得输入正弦信号 ， 信号的峰值电压Xm=3V(建议值,方便测试), 示波器的CH1通道测量输入信号x(t)， 示波器的CH2通道测量输出信号y(t), CH1和CH2通道的电压衰减为1伏/格, 按表2-2输入ω(10～1000)既f(1.59～159) 测量输入信号X(t)与输出信号Y(t)之间的 相位差φ (ω)=2πf △t，及输出信号y(t)的 幅值Ym，添入表2-2，并计算其它相关数据， 绘制频率特性。
控制系统频率特性的测试
实验一 惯性环节频率特性的测试
一、实验目的
1. 掌握测量典型环节的频率特性的方法． 2. 调查根据所测得的频率特性，做出波 德图，据此求得被测典型环节的传递 函数。
二、实验设备和仪器
1. DJK01——电源控制屏 2. DJK15——控制理论实验挂箱 3. TDS2002数字存储示波器 4. EDM-168A数字万用表
图中K=10=R2/R1， T1=0.1=R2C1，T2=1=R3C2。
( R1=10K R2=100K R3=1M C1= C2 = 1µF )
实验注意事项
1 、设计实验电路时要考虑运算放大器的 反相作用. 2 、输入信号的频率选择: (1) 理论取值 ω(f){0～∝} (2)实验取值 ω(2 ～100), f(0.318～ 159)在此频段内特性的变化较明显. 频率过低,无法取值.频率过高,特性 变为零,无法测量.
频率特性的测量实验报告记录
频率特性的测量实验报告记录作者:日期: 2课程名称： 实验名称： 一、实验目的和要求（必填） 三、主要仪器设备（必填） 五、实验数据记录和处理 七、讨论、心得 控制理论乙 频率特性的测量指导老师： __________________ 成绩： _______实验类型： __________________ 同组学生姓名: 二、实验内容和原理（必填） 四、操作方法和实验步骤 六、实验结果与分析（必填） 一、 实验目的和要求 1掌握用李沙育图形法，测量各典型环节的频率特性； 2.根据所测得的频率特性，作出伯德图，据此求得环节的传递函数。
二、 实验内容和原理 1.实验内容（1） R-C 网络的频率特性。
图 5-2为滞后--超前校正网络的接线图，分别测试其幅频特性和相频特性。
IDE Ur Uc C3O.lu（2）闭环频率特性的测试被测的二阶系统如图 5-3所示，图5-4为它的模拟电路图。
作者:取参考值R o 51K,R,接470K的电位器，R2 510K , R3 200K2.实验原理对于稳定的线性定常系统或环节，当其输入端加入一正弦信号X（t） X m Sin t,它的稳态输出是4()。
不断改变x(t)的频率，就可测得被测环节(系统)的幅频特性和相频特性。
本实验采用李沙育图形法，图5-1为测试的方框图倍号址生辭在表(1)中列出了超前于滞后时相位的计算公式和光点的转向。
表中2丫0为椭圆与丫轴交点之间的长度，2X 0为椭圆与X 轴交点之间的距离，X m 和Y m 分别为X(t)和与输入信号同频率的正弦信号， 但其幅值和相位随着输入信号频率 的改变而改变。
输出信号为丫(t) Y m Sin(G(j )sin(t )其中|G(j )Y m X m()argG(j )只要改变输入信号的频率, 就可以测得输出信号与输入信号的幅值比G(j )1和它们的相位差彳被测坏节Y(t)的幅值。
三、主要仪器设备1.控制理论电子模拟实验箱一台；2.慢扫描示波器一台；3.任意函数信号发生器一台；4.万用表一只。
自动控制原理实验报告 (频率特性测试)
自动控制原理实验报告（三）
频率特性测试
一．实验目的
1．了解线性系统频率特性的基本概念。
2．了解和掌握对数幅频曲线和相频曲线（波德图）的构造及绘制方法。
二．实验内容及步骤
被测系统是一阶惯性的模拟电路图见图3-2-1，观测被测系统的幅频特性和相频特性，填入实验报告。
本实验将正弦波发生器（B4）单元的正弦波加于被测系统的输入端，用虚拟示波器观测被测系统的幅频特性和相频特性，了解各种正弦波输入频率的被测系统的幅频特性和相频特性。
图3-2-1 被测系统的模拟电路图
实验步骤：
（1）将函数发生器（B5）单元的正弦波输出作为系统输入。
（2）构造模拟电路。
三．实验记录：
ω
ω=1
ω=1.6
ω=3.2
ω=4.5
ω=6.4
ω=8
ω=9.6
ω=16
实验分析：
实验中，一阶惯性环节的幅频特性)(ωL ，相频特性)(ωϕ随着输入频率的变化而变化。
惯性环节的时间常数T 是表征响应特性的唯一参数，系统时间常数越小，输出相应上升的越快，同时系统的调节时间越小。
实验三典型环节和系统频率特性的测量
实验三典型环节和系统频率特性的测量一．实验类型：操作性实验二．实验目的1．了解典型环节和系统的频率特性曲线的测试方法。
2．根据实验求得的频率特性曲线求取传递函数。
三．实验内容1．惯性环节的频率特性测试。
2．无源滞后—超前校正网络的频率特性测试。
四．实验原理1. 惯性环节传递函数和电路图为图3-1 惯性环节的电路图其幅频的近似图如图3-2所示。
图3-2 惯性环节的幅频特性若图3-1中取C=1uF，R1=100K，R2=100K， R0=200K 则系统的转折频率为=1.66Hz2. 无源滞后—超前校正网络其模拟电路图为图3-3无源滞后—超前校正网络其中R1=100K，R2=100K，C1=0.1uF，C2=1uF其传递函数为其中，。
其幅频的近似图如图3-4所示。
图3-4无源滞后—超前校正网络的幅频特性五．实验要求1．加深理解系统频率特性的特理概念。
2．掌握典型环节和系统的频率特性曲线的测试方法，并能根据测试方法测量系统或环节的频率特性及绘制系统频率特性曲线。
六．实验仪器设备同实验一七．实验步骤1. 惯性环节1.1 根据图3-5 惯性环节的电路图，选择实验台上的通用电路单元设计并组建相应的模拟电路。
其中电路的输入端接实验台上信号源的输出端，电路的输出端接数据采集接口单元的AD2输入端；同时将信号源的输出端接数据采集接口单元的AD1输入端。
图3-5 惯性环节的电路图1.2点击“BodeChart”软件的“开始采集”；1.3调节“低频函数信号发生器”正弦波输出起始频率至0.2Hz，并用交流电压测得其压电有效值为4V左右，等待到电路输出信号稳定后，点击“手动单采”，等待，软件即会自动完成该频率点的幅值特性，并单点显示在波形窗口上。
1.4继续增加并调节正弦波输出频率（如0.3Hz，本实验终至频率5Hz即可），等输出信号稳定后，点击“手动单采”，等待，软件即会自动完成该频率点的幅值特性，并单点显示在波形窗口上。
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实验三、典型环节的频率特性测量
一、实验目的
1.学习和掌握测量典型环节的频率特性曲线的方法和机能。
2.学习根据实验所得频率特性曲线求取传递函数的方法。
二、实验内容
1.实验法完成一阶惯性环节的频率特性曲线测试。
2.实验法完成典型二阶系统开环频率特性曲线测试。
3.根据所得频率特性曲线求取各自的传递函数。
4.软件仿真法求取一阶惯性环节频率特性和典型二阶系统开环频率特性，与实验结果
比较。
三、
1.
对于
1
)(
+
=
Ts
s
G的一阶惯性环节，
取ωj
s=
1
ωT
j
=
+
=
点
k
ω，k
ω
-。
1
2.0+
=
s 200KΩ
实验现象：
奈氏图和伯德图如下：
理想的伯德图的幅相曲线如下：
由于系统是一阶惯性环节，传递函数可以写成K/squrt （T^2w^2+1）可知奈氏图的2. 1
2)1)(1()(22++=++=Ts s T s T s T s G ξ 图3.3.1
)
(22)(1
2)(ωϕωωξωωj e
r T j T K j G =++-=
二阶系统开环传递函数的幅相频率特性曲线，图3.2.1所示。
根据上述幅相频率特性表达式，有 )0(r K = （3—1） k
k k tg T r r φωξω2112)0()(+
=
其中 ω
ξωφT T tg k
k 2112
2-= 故有 k
k k
tg T
T φωξω21
2
2-
=
k
k k tg r r T φωωξ211)()
0(2+
= （3
—3）
如已测得二阶环节的幅相频率特性，则(0)r 、k ω、k φ和()k r ω均可从实验曲线得到，于是可按式（3—1）、（3—2）和（3—3）计算K 、T 、ξ，并可根据计算所得T 、ξ 求取T 1和T 2
1(21-+=ξξT T 、1(22--=ξξT T
实验用典型二阶系统开环传递函数为:
13.002.01
)11.0)(12.0(1)()(2++=
++=s s s s s H s G 其电路设计参阅图3.2.2。
实验现象及分析：
图3.2.2
二阶环节的存在两个转折点，相角变化范围有180度，所以在奈氏图的高频段出现在虚轴的左半部分，当高频时，赋值趋向于0.
二阶的伯德图可以看粗在w=5的时和w=10时出现两次的转折。
分别对应斜率为【-20db】和【-40db】。
相位角最低会到达-180度。
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