自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)4

實(shí)驗(yàn)四典型系統(tǒng)的頻率特性測(cè)試

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

1．掌握測(cè)量典型一階系統(tǒng)和二階系統(tǒng)頻率特性曲線的方法；

2．通過本實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步理解頻率特性的物理意義。

二、實(shí)驗(yàn)儀器：

1．自控系統(tǒng)教學(xué)模擬機(jī)XMN-21臺(tái)；2．?dāng)?shù)字示波器TDS1002B

1臺(tái)；3．萬用表1塊；4.微機(jī)1臺(tái)

三、實(shí)驗(yàn)原理與方法：

1.概念一個(gè)穩(wěn)定的線性系統(tǒng)，在正弦信號(hào)的作用下，它的穩(wěn)態(tài)輸出將是一個(gè)與輸入信號(hào)同頻率的正弦信號(hào)，但其振幅和相位一般卻與輸入信號(hào)不同，而是隨著輸入信號(hào)的頻率的變化而變化。測(cè)取不同頻率下，系統(tǒng)的輸出、輸入信號(hào)的振幅及相位差φ，即可求得這個(gè)系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性。幅頻特性相頻特性

其中：Ym----輸出正弦信號(hào)的振幅；

Xm----輸入正弦信號(hào)的振幅；

2.方法：

采用“李沙育圖形”法進(jìn)行頻率特性測(cè)試。這種方法需要儀器較少較簡(jiǎn)單，主要用于相頻特性的測(cè)試。下面簡(jiǎn)單介紹一下這種測(cè)試方法。

設(shè)有兩個(gè)正弦信號(hào)：

x（ωt）=XmSin（ωt）

y（ωt）=YmSin（ωt+φ）

若以x（ωt）為橫軸，以y（ωt）為縱軸，而以ωt作為參變量，則隨ωt的變化，x（ωt）和y（ωt）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）。這就是所謂的“李沙育圖形”，如下圖所示。

李沙育圖形我們將上述信號(hào)x（ωt）和y（ωt）分別作為一個(gè)穩(wěn)定的線性系統(tǒng)的輸入和輸出信號(hào)。不斷改變x（ωt）的頻率，就可獲得一系列形狀不同的李沙育圖形。由此求出各個(gè)頻率所對(duì)應(yīng)的相位差，就可求得系統(tǒng)的相頻特性。相位差φ的求法如下：對(duì)于x（ωt）=XmSin（ωt）y（ωt）=YmSin（ωt+φ）當(dāng)ωt=0時(shí)，有：x（0）=0，y（0）=Ym*Sinφ即：顯然，僅當(dāng)0≤φ≤90時(shí)，上式才是成立的。對(duì)于實(shí)際的各種可能情況，如何根據(jù)李沙育圖形來判斷呢？下表列出了四種相位時(shí)的李沙育圖形。四種相位時(shí)的李沙育圖形

四、實(shí)驗(yàn)步驟

1．一階慣性環(huán)節(jié)的頻率特性

一階慣性環(huán)節(jié)模擬電路如下圖所示，慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為：一階慣性環(huán)節(jié)模擬電路2．二階系統(tǒng)的頻率特性

二階系統(tǒng)模擬電路如下圖所示，二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：二階環(huán)節(jié)模擬電路3、一階慣性環(huán)節(jié)的頻率特性測(cè)量（1）用MATLAB求出該一階慣性環(huán)節(jié)頻率特性，繪制幅頻曲線和相頻曲線；（2）連接示波器：將正弦波端子與示波器通道CH1相連接，實(shí)驗(yàn)電路UO與示波器通道CH2相連接；（3）輸入正弦波信號(hào)，通過示波器觀測(cè)輸入輸出正弦波曲線并調(diào)節(jié)正弦波頻率，繪制該一階慣性環(huán)節(jié)的幅頻曲線和相頻曲線，并與仿真結(jié)果相比較；（4）根據(jù)一階慣性環(huán)節(jié)的理論計(jì)算，選擇頻率測(cè)試點(diǎn)ω，填寫下表。一階慣性環(huán)節(jié)頻率特性4、二階系統(tǒng)的頻率特性測(cè)量（1）用MATLAB求出該二階系統(tǒng)頻率特性，繪制幅頻曲線和相頻曲線；（2）連接示波器：將正弦波端子與Ui和示波器通道CH1相連接，實(shí)驗(yàn)電路UO與示波器通道CH2相連接；（3）輸入正弦波信號(hào)，通過示波器觀測(cè)輸入輸出正弦波曲線并調(diào)節(jié)正弦波頻率，繪制該二階系統(tǒng)的幅頻曲線和相頻曲線，并與仿真結(jié)果相比較；3．根據(jù)二階系統(tǒng)的理論計(jì)算，選擇頻率測(cè)試點(diǎn)ω，填寫下表。

二階系統(tǒng)頻率特性五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：

1.整理表4.2、表4.3中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上作出被測(cè)系統(tǒng)的對(duì)數(shù)幅頻特性和相頻特性。2.參考相頻特性，對(duì)對(duì)數(shù)幅頻特性采用折線近似，從而確定被測(cè)系統(tǒng)的參數(shù)（轉(zhuǎn)折頻率、阻尼比、開環(huán)放大倍數(shù)），與實(shí)驗(yàn)時(shí)所設(shè)置的原始參數(shù)進(jìn)行比較。3.討論李沙育圖形法測(cè)試頻率特性的精度。七、注意事項(xiàng)1、若只使用其中某一個(gè)運(yùn)算放大器，則其余的運(yùn)算放大器必須接成比例環(huán)節(jié)，不允許輸入端和輸出端懸空，以避免損壞運(yùn)算放大器；

2、所有導(dǎo)線使用前須用萬用表測(cè)通斷

３、調(diào)零

方法1：李沙育圖形示波器設(shè)置

CH1