实验三线性系统的频率特性研究

实验报告实验项目名称：线性系统的频率特性研究同组人试验时间实验室指导教师1.1实验目的1.掌握波特图的绘制方法及由波特图来确定系统开环传函2．掌握实验方法测量系统的波特图。1.2实验设备PC机一台，LECT-1101实验课件系统，LECT-1101-04实验板一块，双头BNC线两条，导线若干。1.3实验原理及内容1．频率特性当输入正弦信号时，线性系统的稳态响应具有随频率（ω由0变至∞）而变化的特性。频率响应法的基本思想是：实际上输入的周期信号，都能满足狄利克莱条件，可以用富氏级数展开为各种谐波分量；而非周期信号也可以使用富氏积分表示为连续的频谱函数。因此，根据控制系统对正弦输入信号的响应，可推算出系统在任意周期信号或非周期信号作用下的运动情况。2．线性系统的频率特性系统的正弦稳态响应具有和正弦输入信号的幅值比随角频率（ω由0变到∞）变化的特性。而幅值比恰好是函数（j）的模和幅角。所以只要把系统的传递函数（s），令sj，即可得到（j）的模和幅角。所以只要把系统的传递函数（s），令sj，即可得到（j）的模和幅角。所以只要把系统的传递函数（s）令sj，即可得到（j）。我们把（j）称为系统的频率特性或频率传递函数。当由0到∞变化时，（j）随频率ω的变化特性成为幅频特性，（j）随频率的变化特性称为相频特性。幅频特性和相频特性结合在一起时称为频率特性。3．频率特性的表达式(1)对数频率特性：又称波特图，它包括对数幅频和对数相频两条曲线，是频率响应法中广泛使用的一组曲线。这两组曲线连同它们的坐标组成了对数坐标图。对数频率特性图的优点：①它把各串联环节幅值的乘除化为加减运算，从而简化了开环频率特性的计算与作图。②利用渐近直线来绘制近似的对数幅频特性曲线，而且对数相频特性曲线具有奇对称于转折频率点的性质，这些可使作图大为简化。③通过对数的表达式，可以在一张图上既能绘制出频率特性的中、高频率特性，又能清晰地画出其低频特性。(2)极坐标图（或称为奈奎斯特图）(3)对数幅相图（或称为尼柯尔斯图）本次实验中，采用对数频率特性图来进行频域响应的分析研究。1.4.频率特性测量方法①实验对象：选择一阶惯性其传函为:②结构框图：见图1-1图1-1一阶惯性环节结构框图③模拟电路图：见图1-2。图1-2一阶惯性环节模拟电路图实验波形：2.实验内容本次实验利用教学实验系统提供的频率特性测试虚拟仪器进行测试，画出对象的波特图。1）实验对象的结构框图：图2-3线性系统结构框图2）模拟电路图图2-4线性系统模拟电路图开环传函为：闭环传函为：得转折频率阻尼比ξ＝1.5。实验波形：1.5实验思考在线性系统的频率特性测试过程中，哪些原因会导致相频特性出现异常点？指导教师批阅及成绩指导教师签名：年月日