频率特性

频率特性的测试

一、实验目的

1. 掌握频率特性的测试方法。

2. 进一步明确频率特性的概念及物理意义。

3. 明确控制系统参数对频率特性曲线形状的影响。

4.进一步学习用MATLAB仿真软件对实验内容中的电路进行仿真。

二、实验设备和仪器

1．计算机

2. MATLAB软件

三、实验原理

一个稳定的线性系统，在正弦信号的作用下，它的稳态输出将是一个与输入信号同频率的正弦信号，但振幅和相位一般与输入信号不同，而且随着输入信号的频率变化而变化。

在被测系统的输入端加正弦电压，待平稳后，其输出端亦为同频率的正弦电压，但幅值与相位一般都将发生变化，幅值与相位变化的大小和输入信号的频率相关。

取正弦输出与正弦输入的复数比，即为被测系统(或网络)的频率特性。

改变输入信号频率，测得该频率对应的输出电压振幅，与相位及输入信号的振幅计算出振幅比，做出幅频特性和相频率特性曲线。

对于参数完全未知的线性稳定系统可以通过实验方法求出其频率特性；我们从学习测试方法的角度，可以对已知的系统测其频率特性；在生产实践中，也常常是对已知的调试完毕的控制系统确定其实际的频率特性。

四、实验内容及步骤

启动MATLAB 7.0，进入Simulink后新建文档，在文档里绘制二阶系统的结构框图。

双击各传递函数模块，在出现的对话框内设置相应的参数。点击工具栏的按钮或simulation菜单下的start命令进行仿真。双击示波器模块观察仿真结果。

系统的结构框如图3所示。

图3频率特性测试MA TLAB仿真系统的结构框

五、实验内容

1．典型二阶系统

2

2

22)(n

n n

s s s G ωξωω++= 要求：绘制出6=n ω，1.0=ξ，0.3，0.5，0.8，2的伯德图，记录并分析ξ对系统伯德图的影响。

解：程序如下

wn=6;num=[wn^2]; zeta=[0.1 0.3 0.5 0.8 2] for i=1:5

den=[1 2*zeta(i)*wn wn^2]; G=tf(num,den) bode(G) hold on

end

2．系统的开环传递函数为

（要求：绘制系统的奈氏图、伯德图，说明系统的稳定性，并通过绘制阶跃响应曲线验证。）

5

21

()G s s =

- 解：程序如下

num=[5]; den=[2 -1]; G=tf(num,den)

figure(1)

nyquist(G) %绘制乃奎斯特图figure(2)

bode(G) %绘制伯德图

H=feedback(G,1) %求闭环传递函数figure(3)

step(H) %绘制单位节跃响应曲线

3．已知系统的开环传递函数为)

11.0(1

)(2++=

s s s s G 。

解：程序如下

num=[1 1]; den=[0.1 1 0 0]; G=tf(num,den) figure(1)

nyquist(G) %绘制奈奎斯特图 figure(2) bode(G)% 绘制伯德图

[Gm,Pm,Wg,We]=margain(G)

要求：（1）应用频率稳定判据判定系统的稳定性；

（2）求系统的开环截止频率、相角交界频率、幅值裕度和相位裕度。

六、实验总结报告

总结：通过这次实验，我掌握了各种图形的matlab绘制方法，加深了对课本上各种稳定性判别方法的理解，学会了用软件作图判定系统稳定性，进一步了解了各种系统参数对系统性能的影响。

频率特性的测试

姓名：苗程清

班级：自122

学号：121415241