自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)-控制系統(tǒng)頻率特性的測(cè)試

1、實(shí)驗(yàn)四 控制系統(tǒng)頻率特性的測(cè)試1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼J(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)。2、實(shí)驗(yàn)裝置（1）PC586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。3、實(shí)驗(yàn)步驟及數(shù)據(jù)處理 （1）首先確定被測(cè)對(duì)象模型的傳遞函數(shù)G（S），根據(jù)具體情況，先自擬三階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)， ，設(shè)置好參數(shù)。 要求：和之間相差10倍左右，<或<均可，數(shù)值可在0.01秒和10秒之間選擇，取0.5左右，K10。 設(shè)置T1=0.1，T2=1， =0.5，K=5。 （3）設(shè)置好各項(xiàng)參數(shù)后，開始作仿真分析，首先作幅頻特性測(cè)試。根據(jù)所設(shè)置

2、的，的大小，確定出所需頻率范圍（低端低于轉(zhuǎn)折頻率小者10倍左右，高端高于轉(zhuǎn)折頻率高者10倍左右）。所需頻率范圍是：0.1rad/s到100rad/s。 參考實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ痛翱趫D，設(shè)置輸入信號(hào)模塊正弦信號(hào)的參數(shù)，首先設(shè)置正弦信號(hào)幅度Amplitude,例如設(shè)置Amplitude=1，然后設(shè)置正弦頻率Frequency ，單位為rads/sec。再設(shè)置好X偏移模塊的參數(shù)，調(diào)節(jié)Y示波器上Y軸增益，使在所取信號(hào)幅度下，使圖象達(dá)到滿刻度。 利用Y示波器上的刻度（最好用XY示波器上的刻度更清楚地觀察），測(cè)試輸入信號(hào)的幅值（用2表示），也可以參考輸入模塊中設(shè)置的幅度，記錄于表7-2中。此后，應(yīng)不再改變輸入信號(hào)的幅

3、度。 依次改變輸入信號(hào)的頻率（按所得頻率范圍由低到高即由小到大慢慢改變，特別是在轉(zhuǎn)折頻率處更應(yīng)多測(cè)試幾點(diǎn)，注意：每次改變頻率后要重新啟動(dòng)Simulation|Start選項(xiàng)，觀察“李沙育圖形” 讀出數(shù)據(jù)），利用Y示波器上的刻度（也可以用XY 示波器上的刻度更清楚地觀察，把示波器窗口最大化，此時(shí)格數(shù)增多更加便于觀察），測(cè)試輸出信號(hào)的幅值（用2表示），并記錄于表7-2（本表格不夠，可以增加）。注意：在轉(zhuǎn)折頻率，特別是和附近應(yīng)多測(cè)幾點(diǎn)。由題意知傳遞函數(shù)的兩個(gè)轉(zhuǎn)折頻率為1rad/s和10rad/s,所以選取的頻率為0.5rad/s、0.7rad/s、0.98rad/s、0.99rad/s、1rad/s

4、、1.2rad/s、4rad/s、7rad/s、9rad/s、9.8rad/s、9.9rad/s、10rad/s、10.1rad/s、10.2rad/s、14rad/s、20rad/s、40rad/s、80rad/s、100rad/s 以下是在不同頻率下李沙育圖及幅頻特性和相頻特性的分析情況 (1)當(dāng)=0.5rad/s時(shí)，2Xm= 2 2Ym=25.515 = 14.83 2y0=23.3 = = 36.75° 繞行方向：逆時(shí)針 如下圖圖一 (2)當(dāng)=0.7rad/s時(shí)，2Xm= 2 2Ym=25.727 = 15.16 2y0=24.879 = = 58.42° 繞行方向

5、：逆時(shí)針 如下圖圖二 (3)當(dāng)=0.98rad/s時(shí)，2Xm= 2 2Ym=25.178 = 14.28 2y0=25.067 = = 78.11° 繞行方向：逆時(shí)針 如下圖圖三 (4)當(dāng)=0.99rad/s時(shí)，2Xm= 2 2Ym=24.428 = 12.92 2y0=24.226 = = 72.627° 繞行方向：逆時(shí)針 如下圖圖四 (5)當(dāng)=1rad/s時(shí)，2Xm= 2 2Ym=24.983 = 13.95 2y0=24.933 = 180-= 98.13° 繞行方向：逆時(shí)針 如下圖 圖五 (6)當(dāng)=1.2rad/s時(shí)，2Xm= 2 2Ym=23.872 =

6、 11.759 2y0=23.434 = 180-= 117.52° 繞行方向：逆時(shí)針 如下圖 圖六 (7)當(dāng)=4rad/s時(shí)，2Xm= 2 2Ym=20.298 = -10.52 2y0=20.03535 =180 -= 173.19° 繞行方向：順時(shí)針 如下圖 圖七 (8)當(dāng)=7rad/s時(shí)，2Xm= 2 2Ym=20.0845 = -21.46 2y0=20.0377 = 180-=153.5° 繞行方向：順時(shí)針 如下圖圖八 (9)當(dāng)=9rad/s時(shí)，2Xm= 2 2Ym=20.046 = -26.74 2y0=20.0268 = 180-= 144.37&

7、#176; 繞行方向：順時(shí)針 如下圖圖九 (10)當(dāng)=9.8rad/s時(shí)，2Xm= 2 2Ym=20.0373 = -28.57 2y0=20.0233 =180 -= 141.34° 繞行方向：順時(shí)針 如下圖圖十 (11)當(dāng)=9.9rad/s時(shí)，2Xm= 2 2Ym=20.0365 = -28.75 2y0=20.02263 = 180-= 141.68° 繞行方向：順時(shí)針 如下圖圖十一 (12)當(dāng)=10rad/s時(shí)，2Xm= 2 2Ym=20.03556 = -28.98 2y0=20.02236 = 180-= 141.04° 繞行方向：順時(shí)針 如下圖圖十二

8、 (13)當(dāng)=10.1rad/s時(shí)，2Xm= 2 2Ym=20.03461 = -29.21 2y0=20.02182 = 180-= 140.92° 繞行方向：順時(shí)針 如下圖圖十三 (14)當(dāng)=10.2rad/s時(shí)，2Xm= 2 2Ym=20.03394 = -29.39 2y0=20.02141 = 180-=140.89° 繞行方向：順時(shí)針 如下圖圖十四 (15)當(dāng)=14rad/s時(shí)，2Xm= 2 2Ym=20.01488 = -36.55 2y0=20.01145 = 180-= 129.69° 繞行方向：順時(shí)針 如下圖圖十五 (16)當(dāng)=20rad/s時(shí)

9、，2Xm= 2 2Ym=20.005596 = -45.04 2y0=20.004869 = 180-= 119.09° 繞行方向：順時(shí)針 如下圖圖十六 (17)當(dāng)=40rad/s時(shí)，2Xm= 2 2Ym=20.00076 = -62.38 2y0=20.00073 = 180-= 106.16° 繞行方向：順時(shí)針 如下圖圖十七 (18)當(dāng)=80rad/s時(shí)，2Xm= 2 2Ym=20.000143 = -76.89 2y0=20.000142 = 180-= 96.78° 繞行方向：順時(shí)針 如下圖圖十八 (19)當(dāng)=100rad/s時(shí)，2Xm= 2 2Ym=20

10、.00004916 = -86.17 2y0=20.000043 = 180-=118.99° 繞行方向：順時(shí)針 如下圖圖十九由實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图矗河蓪?shí)驗(yàn)設(shè)置模型根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果，繪制出Bode圖。圖二十 4、思考題（1） 是否可以用“李沙育圖形”同時(shí)測(cè)量幅頻特性和相頻特性？ 答：可以，因?yàn)槟茉凇袄钌秤龍D形”中同時(shí)讀出2Xm 、2Ym 、2y0并可以計(jì)算出 和 ，從而得到幅頻特性和相頻特性。（2） 討論用“李沙育圖形”法測(cè)試頻率特性的精度，即誤差分析（說明誤差的主要來源）。 答：，僅當(dāng)時(shí)，上式才是成立的，所以在其他頻率范圍時(shí)只能用來近似，而且讀數(shù)時(shí)也有人為誤差。（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)價(jià)。 答：頻率特性可以用于穩(wěn)定系統(tǒng)也可以用于不穩(wěn)定系統(tǒng)。頻率特性也是系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的一種，可用多種形式的曲線表示，因此系統(tǒng)分析和控制器設(shè)計(jì)可以應(yīng)用圖解法進(jìn)行。頻率特性的物理意義明確，不僅適用于線性定常系統(tǒng)，還可推廣至某些非線性控制系統(tǒng)。5、 實(shí)驗(yàn)總結(jié) （1）通過本次實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)了線性定常系統(tǒng)的頻率特性，掌握了用頻率特性法測(cè)試被控過程