關(guān)于系統頻率特性的測試總結
關(guān)于系統頻率特性的測試總結
篇一：系統頻率特性的測試實(shí)驗報告
一、實(shí)驗目的：
�。�1）明確測量幅頻和相頻特性曲線(xiàn)的意義； （2）掌握幅頻曲線(xiàn)和相頻特性曲線(xiàn)的測量方法； （3）利用幅頻曲線(xiàn)求出系統的傳遞函數。
二、實(shí)驗原理：
在設計控制系統時(shí)，首先要建立系統的數學(xué)模型，而建立系統的數學(xué)模型是控制系統設計的重點(diǎn)和難點(diǎn)。如果系統的各個(gè)部分都可以拆開(kāi)，每個(gè)物理參數能獨立得到，并能用物理公式來(lái)表達，這屬機理建模方式，通常教材中用的是機理建模方式。如果系統的各個(gè)部分無(wú)法拆開(kāi)或不能測量具體的物理量，不能用準確完整的物理關(guān)系式表達，真實(shí)系統往往是這樣。比如“黑盒”，那只能用二端口網(wǎng)絡(luò )純的實(shí)驗方法來(lái)建立系統的數學(xué)模型，實(shí)驗建模有多種方法。此次實(shí)驗采用開(kāi)環(huán)頻率特性測試方法，確定系統傳遞函數。準確的系統建模是很困難的，要用反復多次，模型還不一定建準。另外，利用系統的頻率特性可用來(lái)分析和設計控制系統，用Bode圖設計控制系統就是其中一種。
幅頻特性就是輸出幅度隨頻率的變化與輸入幅度之比，即A()Uo()。測幅頻特性時(shí)，Ui改變正弦信號源的頻率，測出輸入信號的幅值或峰峰值和輸輸出信號的幅值或峰峰值。
測相頻有兩種方法：
�。�1）雙蹤信號比較法：將正弦信號接系統輸入端，同時(shí)用雙蹤示波器的Y1和Y2測量系統的輸入端和輸出端兩個(gè)正弦波，示波器觸發(fā)正確的話(huà)，可看到兩個(gè)不同相位的正弦波，測出波形的周期T和相位差Δt，則相位差t3600。這種方法直觀(guān)，容易理解。就模擬器而言，這種方法用于高頻信號測量比較合適。
�。�2）李沙育圖形法：將系統輸入端的正弦信號接示波器的X軸輸入，將系統輸出端的正弦信號接示波器的Y軸輸入，兩個(gè)正弦波
將合成一個(gè)橢圓。通過(guò)橢圓的切、割比值，橢圓所在的象限，橢圓軌跡的旋轉方向這三個(gè)要素來(lái)決定相位差。就模擬示波器而言，這種方法用于低頻信號測量比較合適。若用數字示波器或虛擬示波器，建議用雙蹤信號比較法。 利用幅頻和相頻的實(shí)驗數據可以作出系統的波Bode圖和Nyquist圖。
三、預習與回答：
�。�1）實(shí)驗時(shí)，如何確定正弦信號的幅值？幅度太大會(huì )出現什么問(wèn)題，幅度過(guò)小又會(huì )出現什么問(wèn)題？
答：根據實(shí)驗參數，計算正弦信號幅值大致的范圍，然后進(jìn)行調節，具體確定調節幅值時(shí)，首先要保證輸入波形不失真，同時(shí)，要保證在頻率較大時(shí)輸出信號衰減后人能夠測量出來(lái)。如果幅度過(guò)大，波形超出線(xiàn)性變化區域，產(chǎn)生失真；如果波形過(guò)小，后續測量值過(guò)小，無(wú)法精確的測量。
�。�2）當系統參數未知時(shí)，如何確定正弦信號源的頻率？
答：從理論推導的角度看，應該采取逐點(diǎn)法進(jìn)行描述，即ω 從0變化到∞，得到變化時(shí)幅度和相位的值。從實(shí)際操作來(lái)看，ω 值過(guò)小所取得的值無(wú)意義，因此我們選取[1.0,100.0]的范圍進(jìn)行測量。
四、實(shí)驗設備：
THBDC-1實(shí)驗平臺 THBDC-1虛擬示波器
五、實(shí)驗線(xiàn)路圖（模擬實(shí)物圖）
虛擬示波
六、實(shí)驗步驟：
�。�1）按照試驗線(xiàn)路圖接線(xiàn)，用U7、U9、U11、U13單元，信號源的輸入接“數據采集接口” AD1(藍色波形)，系統輸出接“數據采集接口”AD2(紅色波形)。 （2）信號源選“正弦波”，幅度、頻率根據實(shí)際線(xiàn)路圖自定，一般賦值過(guò)小會(huì )出現非線(xiàn)性， 過(guò)大則會(huì )失真。
�。�3）點(diǎn)擊屏上THBDC-1示波器圖標，直接點(diǎn)擊“確定”，進(jìn)入虛擬示波器界面，點(diǎn)“示波 器（E）”菜單，選中“幅值自動(dòng)”和“時(shí)基自動(dòng)”。在“通道選擇”下拉菜單中選“通 道（1-2）”，“采樣頻率”調至“1”。點(diǎn)“開(kāi)始采集”后，虛擬示波器可看到正弦波，再 點(diǎn)“停止采集”，波形將被鎖住，利用示波器“雙十跟蹤”可準確讀出波形的幅度。改 變信號源的頻率，分別讀出系統輸入和輸出的峰峰值，填入幅頻數據表中。 （4）測出雙蹤不同頻率下的Δt和T填相頻數據表，利用公式t3600算出相位差。 T
七、實(shí)驗數據
八．實(shí)驗分析及思考題：
畫(huà)出系統的實(shí)際幅度頻率特性曲線(xiàn)、相位頻率特性曲線(xiàn)，并將實(shí)際幅度頻率特性曲線(xiàn)轉換成折線(xiàn)式Bode圖，并利用拐點(diǎn)在Bode圖上求出系統的傳遞函數。
(1)由實(shí)際測量得到的幅度頻率特性曲線(xiàn)、相位頻率特性曲線(xiàn)、折線(xiàn)式Bode圖見(jiàn)坐標紙。由折線(xiàn)式Bode圖得到折線(xiàn)頻率為w1=6.780,w2=19.181,w3=40，求得T1=0.147,T2=0.052,T3=0.025,即實(shí)際開(kāi)環(huán)傳遞函數為： G（s）=1/(0.147s+1)(0.052s+1)(0.025s+1)
(2)用文字簡(jiǎn)潔敘述利用頻率特性曲線(xiàn)求取系統傳遞函數的步驟方法。 答：系統傳遞函數表示形式為：G(s)K(T1s1)。在對數頻率特性曲線(xiàn)上(T2s1)(T3s1)(T4s1)分別畫(huà)出斜率為40dB/dec、20dB/dec、0dB/dec、-20dB/dec、-40dB/dec、-60dB/dec等的漸近線(xiàn)，平移這些漸近線(xiàn)直至與對數頻率特性曲線(xiàn)有切點(diǎn)，找出斜率臨近的兩條漸近線(xiàn)的交點(diǎn)，即為一個(gè)轉折頻率點(diǎn)。求出相應的時(shí)間常數1，且通過(guò)斜率可以判斷為慣性環(huán)節（在分母上）還是一階微分環(huán)節（在分子上），在確定好各個(gè)環(huán)節的時(shí)間常數后可以確定出常數K。(3)奈奎斯特圖
篇二：實(shí)驗四 控制系統頻率特性的測試(實(shí)驗報告)
一． 實(shí)驗目的
認識線(xiàn)性定常系統的頻率特性，掌握用頻率特性法測試被控過(guò)程模型的原理和方法，根據開(kāi)環(huán)系統的對數頻率特性，確定系統組成環(huán)節的參數。
二．實(shí)驗裝置
�。�1）微型計算機。
�。�2）自動(dòng)控制實(shí)驗教學(xué)系統軟件。
三．實(shí)驗原理及方法
�。�1）基本概念
一個(gè)穩定的線(xiàn)性定常系統，在正弦信號的作用下，輸出穩態(tài)與輸入信號關(guān)系如下：幅頻特性 相頻特性
�。�2）實(shí)驗方法
設有兩個(gè)正弦信號：若以x(t)為橫軸，以y(t)為縱軸，而以t作為參變量，則隨t的變化，x(t)和y(t)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(xiàn)（通常是一個(gè)橢圓）。這就是所謂“李沙育圖形”。由李沙育圖形可求出Xm ，Ym，φ，
四．實(shí)驗步驟
�。�1）根據前面的實(shí)驗步驟點(diǎn)擊實(shí)驗七、控制系統頻率特性測試菜單。
�。�2）首先確定被測對象模型的傳遞函數, 預先設置好參數T1、T2、ξ、K
�。�3）設置好各項參數后，開(kāi)始仿真分析，首先做幅頻測試，按所得的頻率范圍由低到高，及ω由小到大慢慢改變，特別是在轉折頻率處更應該多取幾個(gè)點(diǎn)
五.數據處理
�。ㄒ唬┑谝环N處理方法
�。ǘ┑诙N方法：
由實(shí)驗模型即，由制bode圖，繪制Bode圖。實(shí)驗設置模型根據理論計算結果繪
�。ㄈ┱`差分析
兩圖形的大體趨勢一直，從而驗證了理論的正確性。在拐點(diǎn)處有一定的差距，在某些點(diǎn)處也存在較大的誤差。
分析：（1）在讀取數據上存在較大的誤差，而使得理論結果和實(shí)驗結果之間存在。 （2）在數值應選取上太合適，而使得所畫(huà)出的bode圖形之間存在較大的差距。 （3）在實(shí)驗計算相角和幅值方面本來(lái)就存在著(zhù)近似，從而使得誤差存在，而使得兩個(gè)圖形之間有差異
六.思考討論
�。�1）是否可以用“李沙育”圖形同時(shí)測量幅頻特性和想頻特性 答：可以。在實(shí)驗過(guò)程中一個(gè)頻率可同時(shí)記錄2Xm，2Ym，2y0。
�。�2）討論用“李沙育圖形”測量頻率特性的精度，即誤差分析（說(shuō)明誤差的主要來(lái)源） 答：用“李沙育圖形”測量頻率特性的精度從上面的分析處理上也可以看出是比較高的，但是在實(shí)驗結果和理論的結果之間還是存在一定的差距，這些誤差主要來(lái)自于從“李沙育圖形”上讀取數據的時(shí)候存在的誤差，也可能是計算機精度方面的誤差。
�。�3）對用頻率特性測試系統數學(xué)模型方法的評測
答：用這種方法進(jìn)行此次實(shí)驗能夠讓我們更好地了解其過(guò)程，原理及方法。但本次實(shí)驗的數據量很大，需要讀取較多坐標，教學(xué)軟件可以更智能一些，增加一些自動(dòng)讀取坐標的功能。
七.實(shí)驗總結
通過(guò)本次實(shí)驗，我加深了對線(xiàn)性定常系統的頻率特性的認識，掌握了用頻率特性法測試被控過(guò)程模型的原理和方法。使我把書(shū)本知識與實(shí)際操作聯(lián)系起來(lái)，加深了對課程內容的理解。在處理數據時(shí)，需要進(jìn)行一定量的計算，這要求我們要細心、耐心，作圖時(shí)要注意不能用普通坐標系，而是半對數坐標系進(jìn)行作圖。
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