自控原理实验2频率响应测试..docxVIP

频率响应测试 一、实验目的 1.握频率特性的测试原理及方法。 2.学习根据所测定出的系统的频率特性 ,确定系统传递函数的方法。 二、实验内容 1.定给定环节的频率特性。 2.系统模拟电路图及系统结构图分别如图 2-1 及图 2-2。 图 2-1 图 2-2 3、系统传递函数为 : 取 R=200KΩ,则取 R=500KΩ,则 若正弦输入信号为 Ui(t=A1sin( ω则t,当输出达到稳态时 ,其输出信号为 Uo(t=A2sin( ω t+。ψ改变输入信号频率值 ,便可测得二组 A1/A2 和 ψ随 f( 或 ω变化的数值 ,这个变化规律就是系统的幅频 特性和相频特性。 三、实验原理 1. 幅频特性即测量输入与输出信号幅值 A1 及 A2, 然后计算其比值 A2/A1 。 实验采用 “李沙育图形 ”法进行相频特性的测试。以下简单介绍一下这种测试方法的原理。 若以 X(t 为横轴 ,Y(t 为纵轴 ,而以 ω作为参变量 ,则随着 ωt的变化 , X(t 和 Y(t 所确定的点的轨迹 ,将在 X-Y 平面上描绘出一条封闭的曲线。此即为物理学上的李沙育图形 ,如图所示。 图 1-1 不同的正弦波 (同频率、不同相位、不同幅度合成的李萨如图形不同 ,椭圆长轴方向也分为左倾和右倾 ,如下图所示 : 图 1-2 左倾 图 1-3 右倾 相位差角 Ψ的求法 : 对于 X(ωt=XmSin( ωt及 Y(ωt= YmSin( ωt + ψ 当 ωt=0时 ,有 X(0=0 ;Y(0=Ym Sin( ψ,即ψ=ArcSin(Y(0/Ym,显然 ,仅当 0≤ψ≤π时/2, 上式才是成立的。此实验中 , 12 1,m m X A V Y A ===, 当椭圆右倾时 , 2 π ψ- ,arcsin((0/ m Y Y ψ =-; 当椭圆左倾时 ,2 π πψ-≤≤- ,arcsin((0/ m Y Y ψ π=-+。 四、 实验设备 HHMN-1 型电子模拟机一台、 PC 机一台、数字式万用表一块 五、 实验步骤 1.熟悉 HHMN-1 型电子模拟机的使用方法 ,将各运算放大器接成比例器 ,通电调 零。 2.断开电源 ,按照系统结构图和系统传递函数计算电阻和电容的取值 ,并按照模拟线路图搭接线路 ,不用的运算放大器接成比例器。 3、将 D/A1 与系统输入端 Ui 连接 ,将 A/D1 与系统输出端 UO 连接 (此处连 接必须谨慎 ,不可接错。线路接好后 ,经教师检查后再通电。 4、在 windows XP 桌面进入实验软件系统。 5、在系统菜单中选择实验项目 ,选择 “频率特性 ”,在窗口选择 “李沙 育图形 ”,按照操作步骤完成实验。 6、记录数据 ,绘制实验结果图形 ,填写数据表格 ,完成实验报告。 六、实验数据处理 1、取 R1=R2=100KΩ .R3=R4=1MΩ .C2=0.1uF. C1=1uF. R=200K Ω,则 , K=2 ①数据列表及初步处理 序号 123456789101112 f 0.5 1.0 1.5 2.0 2.1 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 ω 3.141 6.283 9.425 12.56 13.19 15.71 18.85 21.99 25.13 28.27 31.42 34.55 A c/A r 1.030 1.157 1.377 1.460 1.44 1.161 0.762 0.527 0.376 0.288 0.254 0.190 1 Ym/Y0 5.861 2.548 1.446 1.020 1.000 1.133 1.368 1.801 2.139 4.212 3.722 7.803 ( —9.823 23.11 43.75 78.06 90.00 118.0 133.0 147.2 153.1 167.1 167.2 172②.6确定 K=2 时测得的数据所确定的传递函数 : 易知当 Ym/Y0 接近 1 时 , ω的值即为 ωn,A c/A r的值等于 所以可以从上表中的出 ωn=13.19, 则传递函数为 ③李沙育图形 ④绘制幅频特性与相频特性 :对数幅频特性 : 对数相频特性 : 系统理论闭环传递函数为 : 波特图如下 : 相比之下 ,n w 有较大出入。且最大幅值 Ym 不出现在频率为 n w,但在 n w 附近 ,此误差可能由仪器测量误差引起。 2、取 R1=R2=100KΩ .R3=R4=1MΩ .C2=0.1uF. C1=1uF. R=500K Ω,则 K=5 ①数据列表及初步处理 序号 123456789101112 f 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.39 3.41 4.5 5.0 5.5 6 18.85 21.30