控制理论实验报告频率特性的测量

实验报告课程名称：控制理论（乙）指导老师：成绩：__________________实验名称：频率特性的测量实验类型：________________同组学生姓名：__________一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的1．掌握用李沙育图形法，测量各典型环节的频率特性；2．根据所测得的频率特性，做出波特图，据此求得环节的传递函数；二、实验仪器设备1．控制理论电子模拟实验箱一台；2．双踪慢扫描示波器一台；3．万用表一只。三、实验原理对于稳定的线性定常系统或环节，当其输入端加入一正弦信号X(t)Xmsint，它的稳态输出是一与输入信号同频率的正弦信号，但其幅值和相位将随着输入信号频率ω的变化而变化，即输出信号Y(t)Ymsin(t)，其中YmG(j)Xm，(j)argG(j)只要改变输入信号X（t）的频率ω，就可测得输出信号与输入信号的幅值比和它们的相位差。不断改变X（t）的频率，就可测得被测环节（系统）的幅频特性G(j)和相频特性(j)。本实验采用李沙育图形法，测试方框图如下：下表列出了超前与滞后相位的计算公式和光点的转向2Y0为椭圆与Y轴交点之间的长度，2X0为椭圆与X轴交点之间距离，Ym与Xm分别为X(t)和Y(t)的幅值四、实验内容1．测量微分积分环节的频率特性；分别测试其相频特性和幅频特性2．测量二阶系统的闭环频率特性二阶系统的方框图如图所示。五、测量结果与分析1.微分积分环节的频率特性测量结果整理成以下表格：f(Hz)2X0(mV)2Y0(mV)Xmpp(mV)Ympp(mV)20lg(|Ym/Xm|)102Ysin2Ym(deg)102Xsin2Xm(deg)ψ50240176976896-0.743-11.328-14.235-12.782100288224992744-2.499-17.522-16.877-17.200200224160992592-4.484-15.680-13.050-14.36550000992544-5.2180.0000.0000.0001k192120984576-4.65112.02511.25211.6383k312232984688-3.10819.70718.48619.0965k336256976880-0.89916.91220.13718.52510k288256968960-0.07215.46617.30916.387幅频特性相频特性-6.000-5.000-4.000-3.000-2.000-1.0000.000100100010000100000ω(rad/s)20lg|G(jω)|实验结果分析：将实验选择的参数代入计算得理论值2221211RjcH(j)11RRjcjc=27271011000j1021000j实验值与理论值的仿真结果基本吻合，但仍存在一定误差主要误差来源分析：从李萨如图形上读取数据时存在较大误差，图像不停的闪动，且由于最小刻度较大，不能完全把图像置于示波器的中间，导致示波器读数时存在偏差2．测量二阶系统的闭环频率特性实验接线图如下-20.000-15.000-10.000-5.0000.0005.00010.00015.00020.00025.000100100010000100000DEGω(rad)/sψ(ω)R0=200kΩR1=410kΩC1=1μFR2=510kΩC2=1μFR3=100kΩ测量结果整理成以下表格：f(Hz)Xmpp(V)Ympp(mV)20lg(|Ym/Xm|)20.161.02100-20.172198.41.04102-20.1695001.0499.2-20.4101k1.0488.8-21.3725.025k1.0470.4-23.3897.042k1.0463.2-24.32610k1.0351.2-26.07115.06k1.0336.0-29.13119.92k1.0328.8-31.06930.12k1.0317.2-35.54640.00k1.0314.0-37.33450.00k1.0312.0-38.673实验结果分析:-43.000-38.000-33.000-28.000-23.000-18.0001001000100001000001000000ω（rad）闭环幅频特性根据所选实验参数，算出开环传递函数4.02G(s)s(0.41s1)，利用MATLAB进行仿真，结果如下实验结果与理论值的仿真结果基本吻合，但仍存在一定误差主要误差来源分析：1.示波器读取幅值的时候有视差；2.电阻及电容等原件非理想原件，存在误差；3.测量数据点有限，存在一定误差；4.输入信号不稳定，在不同频率下可能幅度有所波动五、讨论与心得1．在实验中如何选择输入正弦信号的幅值?先将频率调到很大，再是信号幅值应该调节信号发生器的信号增益按钮，令示波器的显示方式为信号－时间模式，然后观测输出信号，调节频率，观察在各个频段是否失真。2．测试频率特性时，示波器Y轴输入开关为什么选择直流?便于读取数据，使测量结果更加准确3．测试相频特性时，若把信号发生器的正弦信号送入Y轴，被测系统的输出信号送入X轴，则根据椭圆光点的转动方向，如何确定相位的超前和迟后?若将输入和输出信号所在坐标轴变换，则判断超前和滞后的方法也要反过来，即顺时针时为滞后，逆时针时为超前。