自动控制原理频率响应测试实验报告

自动控制原理实验报告

自 动 控 制 原 理 实 验 报 告 册

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自动控制原理实验报告

实验二 频率响应测试

一、 实验目的

1. 掌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. 测定给定环节的频率特性。

2. 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(ωt),则当输出达到稳态时，其输出

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信号为Uo(t)=A2Sin(ωt+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

。

2. 实验采用“李沙育图形”法进行相频特性的测试。原理如下： 3. 设有两个正弦信号：X(wt)

Xmsin(wt)

Y(wt) Ymsin(wt )

4. 若以X（t）为横轴，Y（t）为纵轴，而以ω作为参变量，则随着wt

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

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图1-2 左倾 图1-3右倾

相位差角 的求法： 对于X(wt)

Xmsin(wt)

及Y(wt) Ymsin(wt )，当wt 0时，有X(0) 0，

，显然，仅当0

/2

Y(0) Ymsin( )

，即

arcsin(Y(0)/Ym)

时，上式

0

成立。此实验中，

arcsin(Y(0)/Ym)

Xm A1 1V,Ym A2

，当椭圆右倾时，

2

，，

；当椭圆左倾时，。

2

arcsin(Y(0)/Ym)

四、 参数设定

系统模拟电路图及系统结构图分别如图2-1及图2-2 。 取

，

，

，为各放大

器匹配电阻。 系统开环传递函数为：系统闭环传递函数为：五、 实验设备

G(S)

10KS(0.1S 1)

100KS 10S 100K

2

100KS 10S

2

G(S)

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硬件：HHMN-1型电子模拟机一台、PC机一台、数字式万用表一块、数据采集板一块。

软件：MATLAB软件，Microsoft Windows XP。 六、 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。 4. 进入实验软件系统，在菜单中选择实验项目，设置相应参数。 5. 按下红色按钮给电容放电，再打开电子模拟机电源。

6. 观测实验结果，记录实验数据，并保存实验结果图形。采用示波器观察输入输出波形，“XY-Graph”观测李沙育图形。 7. 关闭电源，关闭计算机，整理仪器.

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七、 实验数据 K=2 =14.5时 输入信号图形

输出信号图形

李萨如图形

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1、 K=5

=19.6时

输入图形

输出信号

李萨如图形

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八、 实验数据表格

(1)、K=2

当椭圆右倾时，

，；当椭圆左倾时，

2

，

arcsin(Y(0)/Ym)

。

因ω=14.5时，ψ=90。 , YM=1.36 ， 20lgYM=2.67 故 -20lg(2ξ)=2.67 ，ωn=ω=14.5 ,可得ω2n=210.25 ，2ξωn=10.66 。所以系统实际闭环传递函数为:

相比相近。

。与理论值

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（2）K=5

计算方法同上一表格。其中因ω=19.6时时，ψ=90。 , YM=1.63 ， 20lgYM=4.24故 -20lg(2ξ)=4.24 ，ωn=ω=19.6 ,可得ω2n=384.16 ，2ξωn=12.2 。所以系统实际闭环传递函数为:差距。

九、 误差分析： 1、仪器测量时的误差；

2、设置电阻值的时候，所设定的阻值并不完全等于计算中使用的阻值；

3、在处理数据时候使用excel，对于其中图形点的读取存在误差。 4、在判断达到正椭圆的的时候存在判断上的误差。

。与理论值

相比有比较大的