關于系統頻率特性的測試總結

關于系統頻率特性的測試總結

　　篇一：系統頻率特性的測試實驗報告

　　一、實驗目的：

　　（1）明確測量幅頻和相頻特性曲線的意義； （2）掌握幅頻曲線和相頻特性曲線的測量方法； （3）利用幅頻曲線求出系統的傳遞函數。

　　二、實驗原理：

　　在設計控制系統時，首先要建立系統的數學模型，而建立系統的數學模型是控制系統設計的重點和難點。如果系統的各個部分都可以拆開，每個物理參數能獨立得到，并能用物理公式來表達，這屬機理建模方式，通常教材中用的是機理建模方式。如果系統的各個部分無法拆開或不能測量具體的物理量，不能用準確完整的物理關系式表達，真實系統往往是這樣。比如“黑盒”，那只能用二端口網絡純的實驗方法來建立系統的數學模型，實驗建模有多種方法。此次實驗采用開環頻率特性測試方法，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，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，同時用雙蹤示波器的Y1和Y2測量系統的輸入端和輸出端兩個正弦波，示波器觸發正確的話，可看到兩個不同相位的正弦波，測出波形的周期T和相位差Δt，則相位差t3600。這種方法直觀，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，兩個正弦波

　　將合成一個橢圓。通過橢圓的切、割比值，橢圓所在的象限，橢圓軌跡的旋轉方向這三個要素來決定相位差。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驗數據可以作出系統的波Bode圖和Nyquist圖。

　　三、預習與回答：

　　（1）實驗時，如何確定正弦信號的幅值？幅度太大會出現什么問題，幅度過小又會出現什么問題？

　　答：根據實驗參數，計算正弦信號幅值大致的范圍，然后進行調節，具體確定調節幅值時，首先要保證輸入波形不失真，同時，要保證在頻率較大時輸出信號衰減后人能夠測量出來。如果幅度過大，波形超出線性變化區域，產生失真；如果波形過小，后續測量值過小，無法精確的測量。

　　（2）當系統參數未知時，如何確定正弦信號源的頻率？

　　答：從理論推導的角度看，應該采取逐點法進行描述，即ω 從0變化到∞，得到變化時幅度和相位的值。從實際操作來看，ω 值過小所取得的值無意義，因此我們選取[1.0,100.0]的范圍進行測量。

　　四、實驗設備：

　　THBDC-1實驗平臺 THBDC-1虛擬示波器

　　五、實驗線路圖（模擬實物圖）

　　虛擬示波

　　六、實驗步驟：

　　（1）按照試驗線路圖接線，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、頻率根據實際線路圖自定，一般賦值過小會出現非線性， 過大則會失真。

　　（3）點擊屏上THBDC-1示波器圖標，直接點擊“確定”，進入虛擬示波器界面，點“示波 器（E）”菜單，選中“幅值自動”和“時基自動”。在“通道選擇”下拉菜單中選“通 道（1-2）”，“采樣頻率”調至“1”。點“開始采集”后，虛擬示波器可看到正弦波，再 點“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、實驗數據

　　八．實驗分析及思考題：

　　畫出系統的實際幅度頻率特性曲線、相位頻率特性曲線，并將實際幅度頻率特性曲線轉換成折線式Bode圖，并利用拐點在Bode圖上求出系統的傳遞函數。

　　(1)由實際測量得到的幅度頻率特性曲線、相位頻率特性曲線、折線式Bode圖見坐標紙。由折線式Bode圖得到折線頻率為w1=6.780,w2=19.181,w3=40，求得T1=0.147,T2=0.052,T3=0.025,即實際開環傳遞函數為： G（s）=1/(0.147s+1)(0.052s+1)(0.025s+1)

　　(2)用文字簡潔敘述利用頻率特性曲線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上(T2s1)(T3s1)(T4s1)分別畫出斜率為40dB/dec、20dB/dec、0dB/dec、-20dB/dec、-40dB/dec、-60dB/dec等的漸近線，平移這些漸近線直至與對數頻率特性曲線有切點，找出斜率臨近的兩條漸近線的交點，即為一個轉折頻率點。求出相應的時間常數1，且通過斜率可以判斷為慣性環節（在分母上）還是一階微分環節（在分子上），在確定好各個環節的時間常數后可以確定出常數K。(3)奈奎斯特圖

　　篇二：實驗四 控制系統頻率特性的測試(實驗報告)

　　一． 實驗目的

　　認識線性定常系統的頻率特性，掌握用頻率特性法測試被控過程模型的原理和方法，根據開環系統的對數頻率特性，確定系統組成環節的參數。

　　二．實驗裝置

　　（1）微型計算機。

　　（2）自動控制實驗教學系統軟件。

　　三．實驗原理及方法

　　（1）基本概念

　　一個穩定的線性定常系統，在正弦信號的作用下，輸出穩態與輸入信號關系如下：幅頻特性 相頻特性

　　（2）實驗方法

　　設有兩個正弦信號：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)所確定的點的軌跡，將在 x--y平面上描繪出一條封閉的曲線（通常是一個橢圓）。這就是所謂“李沙育圖形”。由李沙育圖形可求出Xm ，Ym，φ，

　　四．實驗步驟

　　（1）根據前面的實驗步驟點擊實驗七、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點

　　五.數據處理

　　（一）第一種處理方法

　　（二）第二種方法：

　　由實驗模型即，由制bode圖，繪制Bode圖。實驗設置模型根據理論計算結果繪

　　（三）誤差分析

　　兩圖形的大體趨勢一直，從而驗證了理論的正確性。在拐點處有一定的差距，在某些點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驗結果之間存在。 （2）在數值應選取上太合適，而使得所畫出的bode圖形之間存在較大的差距。 （3）在實驗計算相角和幅值方面本來就存在著近似，從而使得誤差存在，而使得兩個圖形之間有差異

　　六.思考討論

　　（1）是否可以用“李沙育”圖形同時測量幅頻特性和想頻特性 答：可以。在實驗過程中一個頻率可同時記錄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（說明誤差的主要來源） 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，這些誤差主要來自于從“李沙育圖形”上讀取數據的時候存在的誤差，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模型方法的評測

　　答：用這種方法進行此次實驗能夠讓我們更好地了解其過程，原理及方法。但本次實驗的數據量很大，需要讀取較多坐標，教學軟件可以更智能一些，增加一些自動讀取坐標的功能。

　　七.實驗總結

　　通過本次實驗，我加深了對線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程模型的原理和方法。使我把書本知識與實際操作聯系起來，加深了對課程內容的理解。在處理數據時，需要進行一定量的計算，這要求我們要細心、耐心，作圖時要注意不能用普通坐標系，而是半對數坐標系進行作圖。

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