線性控制系統(tǒng)的頻率響應(yīng)分析

本文格式為Word版，下載可任意編輯——線性控制系統(tǒng)的頻率響應(yīng)分析一．試驗(yàn)?zāi)康?/p>

1．了解和把握對(duì)數(shù)幅頻曲線和相頻曲線（波德圖）、幅相曲線（奈奎斯特圖）的構(gòu)造及繪制方法。

2．二階開環(huán)系統(tǒng)中的相位裕度

和幅值穿越頻率

的計(jì)算。

二．試驗(yàn)內(nèi)容及要求

1．一階慣性環(huán)節(jié)的頻率特性曲線測試。

2．二階開環(huán)系統(tǒng)的頻率特性測試，研究表征系統(tǒng)穩(wěn)定程度的相位裕度幅值穿越頻率

對(duì)系統(tǒng)的影響。

和

三、試驗(yàn)主要儀器設(shè)備和材料

1．labACT自控/計(jì)控原理試驗(yàn)機(jī)一臺(tái)2．?dāng)?shù)字存儲(chǔ)示波器一臺(tái)

四、試驗(yàn)方法、步驟及結(jié)果測試

1．一階慣性環(huán)節(jié)的頻率特性曲線

慣性環(huán)節(jié)的頻率特性測試模擬電路見圖4-1。

圖4-1慣性環(huán)節(jié)的頻率特性測試模擬電路

試驗(yàn)步驟：注：‘SST'不能用“短路套〞短接！

（1）將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（B2）輸出OUT2作為被測系統(tǒng)的輸入。（2）按圖4-1安置短路套及測孔聯(lián)線。（3）運(yùn)行、觀測、記錄：

①運(yùn)行LABACT程序，選擇自動(dòng)控制菜單下的線性控制系統(tǒng)的頻率響應(yīng)分析-試驗(yàn)項(xiàng)目，選擇一階系統(tǒng)，再選擇開始試驗(yàn)，點(diǎn)擊開始，試驗(yàn)機(jī)將自動(dòng)產(chǎn)生0.5Hz~64Hz多個(gè)頻率信號(hào)，測試被測系統(tǒng)的頻率特性，等待將近十分鐘，測試終止。

②測試終止后，可點(diǎn)擊界面下方的“頻率特性〞選擇框中的任意一項(xiàng)進(jìn)行切換，將顯示被測系統(tǒng)的對(duì)數(shù)幅頻、相頻特性曲線（伯德圖）和幅相曲線（奈奎斯特圖），同時(shí)在界面上方將顯示點(diǎn)取的頻率點(diǎn)的L、、Im、Re等相關(guān)數(shù)

據(jù)。如點(diǎn)擊中止，將中止示波器運(yùn)行，不能再測量數(shù)據(jù)。③分別改變慣性環(huán)節(jié)開環(huán)增益與時(shí)間常數(shù)，觀測被測系統(tǒng)的開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻曲線、相頻曲線及幅相曲線，在幅頻曲線或相頻曲線上點(diǎn)取一致的頻率點(diǎn)，測量、記錄數(shù)據(jù)于試驗(yàn)數(shù)據(jù)表中。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)表1：改變慣性環(huán)節(jié)開環(huán)增益，（T=0.05，C=1u，R2=50K）

角頻率f=[Hz]幅值L[dB]輸入電阻R1（A6）相位差實(shí)部Re虛部Im50K（K=1）100K（K=0.5）200K（K=0.5）

[°]測量值／計(jì)算測量值／計(jì)算測量值／計(jì)測量值／計(jì)值值算值算值試驗(yàn)數(shù)據(jù)表2：改變慣性環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)，K=1（R1=50K、R2=50K）

角頻率f=[Hz]反饋電容C（A6）1u（T=0.05）2u(T=0.1)3u(T=0.15)幅值L[dB]相位差[°]實(shí)部Re虛部Im測量值／計(jì)算值測量值／計(jì)算測量值／計(jì)算測量值／計(jì)值值算值2．二階開環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線

二階系統(tǒng)模擬電路圖的構(gòu)成如圖4-2所示。

圖4-2二階閉環(huán)系統(tǒng)頻率特性測試模擬電路

試驗(yàn)步驟：注：‘SST'不能用“短路套〞短接！

（1）將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（B2）輸出OUT2作為被測系統(tǒng)的輸入。（2）構(gòu)造模擬電路：安置短路套及測孔聯(lián)線。（3）運(yùn)行、觀測、記錄：

①進(jìn)入自動(dòng)控制菜單下的線性控制系統(tǒng)的頻率響應(yīng)分析-試驗(yàn)項(xiàng)目，選擇二階系統(tǒng)，點(diǎn)擊開始，試驗(yàn)開始后，試驗(yàn)機(jī)將自動(dòng)產(chǎn)生0.5Hz~16H等多種頻率信號(hào)，測試終止后，界面顯示二階系統(tǒng)閉環(huán)幅頻曲線。②閉環(huán)頻率特性測試終止后，再在示波器界面左上角的紅色‘開環(huán)'或‘閉環(huán)'字上雙擊鼠標(biāo)，將在示波器界面上彈出‘開環(huán)／閉環(huán)'選擇框，點(diǎn)擊確定后，示波器界面左上角的紅字，將變?yōu)椤_環(huán)'。另可點(diǎn)擊界面下方的“頻率特性〞選擇框中的任意一項(xiàng)進(jìn)行切換，將顯示被測系統(tǒng)的開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻、相頻特性曲線（伯德圖）和幅相曲線（奈奎斯特圖）。③幅值穿越頻率ωc，相位裕度

的測試：

在開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻曲線中，用鼠標(biāo)在曲線L(ω)=0處點(diǎn)擊一下，待檢測完成后，就可以根據(jù)‘十字標(biāo)記'測得系統(tǒng)的幅值穿越頻率ωc；同時(shí)還可在開環(huán)對(duì)數(shù)相頻曲線上根據(jù)‘十字標(biāo)記'測得該系統(tǒng)的相角，計(jì)算出相位裕度

。

④改變?cè)鲆鍷、改變慣性環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)及改變積分環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)，觀測波形，記錄開環(huán)系統(tǒng)幅頻