實驗三 頻率特性曲線測試

1364957203實驗三頻率特性曲線測試3.2.3二階閉環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線一．實驗目的了解和掌握二階閉環(huán)系統(tǒng)中的對數(shù)幅頻特性和相頻特性，實頻特性和虛頻特性的計算。了解和掌握欠阻尼二階閉環(huán)系統(tǒng)中的自然頻率ωn、阻尼比ξ對諧振頻率ωr和諧振峰值L(ωr)的影響及ωr和L(ωr)的計算。觀察和分析欠阻尼二階開環(huán)系統(tǒng)的諧振頻率ωr、諧振峰值L(ωr)，并與理論計算值作比對。改變被測系統(tǒng)的電路參數(shù)，畫出閉環(huán)頻率特性曲線，觀測諧振頻率和諧振峰值，填入實驗報告。二．實驗內(nèi)容及步驟1．被測系統(tǒng)模擬電路圖的構(gòu)成如圖3-2-3所示，觀測二階閉環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線，測試其諧振頻率、諧振峰值。2．改變被測系統(tǒng)的各項電路參數(shù)，畫出其系統(tǒng)模擬電路圖，及閉環(huán)頻率特性曲線，並計算和測量系統(tǒng)的諧振頻率及諧振峰值，填入實驗報告。圖3-2-3二階閉環(huán)系統(tǒng)頻率特性測試電路實驗步驟： （1）將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（B2）輸出OUT2作為被測系統(tǒng)的輸入。（2）構(gòu)造模擬電路：按圖3-2-3安置短路套及測孔聯(lián)線，表如下。（a）安置短路套（b）測孔聯(lián)線模塊號跨接座號1A1S4，S82A2S2，S11，S123A3S8，S95A6S2，S61信號輸入B2（OUT2）→A1（H1）2運放級聯(lián)A1（OUT）→A2（H1）3運放級聯(lián)A3（OUT）→A6（H1）4負反饋A3（OUT）→A1（H2）6相位測量A6（OUT）→A8（CIN1）7A8（COUT1）→B8（IRQ6）8幅值測量A6（OUT）→B7（IN4）9跨接元件（4K）元件庫A11中可變電阻跨接到A2A（OUTA）和A3（IN）之間（3）運行、觀察、記錄：①將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（B2）輸出OUT2作為被測系統(tǒng)的輸入，運行LABACT程序，在界面的自動控制菜單下的線性控制系統(tǒng)的頻率響應(yīng)分析實驗項目，選擇二階系統(tǒng)，就會彈出‘頻率特性掃描點設(shè)置’表。在該表中用戶可根據(jù)自己的需要填入各個掃描點頻率（本實驗機選取的頻率值f，以0.1Hz為分辨率），如需在特性曲線上標注顯示某個掃描點的角頻率ω、幅頻特性L(ω)或相頻特性φ(ω)，則可在該表的掃描點上方小框內(nèi)點擊一下（打√）。設(shè)置完后，點擊確認后將彈出虛擬示波器的頻率特性界面，點擊開始，即可按‘頻率特性掃描點設(shè)置’表規(guī)定的頻率值，實現(xiàn)頻率特性測試。②測試結(jié)束后（約十分鐘），可點擊界面下方的“頻率特性”選擇框中的任意一項進行切換，將顯示被測系統(tǒng)的閉環(huán)對數(shù)幅頻、相頻特性曲線（伯德圖）和幅相曲線（奈奎斯特圖）。③顯示該系統(tǒng)用戶點取的頻率點的ω、L、、Im、Re實驗機在測試頻率特性結(jié)束后，將提示用戶用鼠標直接在幅頻或相頻特性曲線的界面上點擊所需增加的頻率點（為了教育上的方便，本實驗機選取的頻率值f，以0.1Hz為分辨率，例如所選擇的信號頻率f值為4.19Hz，則被認為4.1Hz送入到被測對象的輸入端），實驗機將會把鼠標點取的頻率點的頻率信號送入到被測對象的輸入端，然后檢測該頻率的頻率特性。檢測完成后在界面上方顯示該頻率點的f、ω、L、、Im、Re相關(guān)數(shù)據(jù)，同時在曲線上打‘十字標記’。如果增添的頻率點足夠多，則特性曲線將成為近似光滑的曲線。 鼠標在界面上移動時，在界面的左下角將會同步顯示鼠標位置所選取的角頻率ω值及幅值或相位值。④諧振頻率和諧振峰值的測試：在閉環(huán)對數(shù)幅頻曲線中用鼠標在曲線峰值處點擊一下，待檢測完成后就可以根據(jù)‘十字標記’測得該系統(tǒng)的諧振頻率ωr，諧振峰值L(ωr)。諧振頻率ωr諧振頻率ωr諧振峰值L(ωr)圖3-2-4被測二階閉環(huán)系統(tǒng)的對數(shù)幅頻曲線三．實驗報告要求：按下表改變圖3-2-3所示的實驗被測系統(tǒng)：開環(huán)增益K（A3）慣性常數(shù)T（A3）積分常數(shù)Ti（A2）諧振頻率（rad）諧振峰值（dB）計算值測量值計算值測量值250.110.20.3200.10.50.2改變開環(huán)增益K（A3）、慣性時間常數(shù)T（A3）、積分常數(shù)Ti（A2），畫出其系統(tǒng)模擬電路圖，及開環(huán)頻率特性曲線，並計算和測量系統(tǒng)的諧振頻率及諧振峰值，填入實驗報告。3.2.4二階開環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線一．實驗目的1．了解和掌握Ⅰ型二階開環(huán)系統(tǒng)中的對數(shù)幅頻特性和相頻特性，實頻特性和虛頻特性的計算。2．了解和掌握欠阻尼Ⅰ型二階閉環(huán)系統(tǒng)中的自然頻率、阻尼比ξ對開環(huán)參數(shù)幅值穿越頻率和相位裕度的影響，及幅值穿越頻率和相位裕度的計算。3．研究表征系統(tǒng)穩(wěn)定程度的相位裕度和幅值穿越頻率對系統(tǒng)的影響。4．了解和掌握Ⅰ型二階開環(huán)系統(tǒng)對數(shù)幅頻曲線、相頻曲線、和幅相曲線的構(gòu)造及繪制方法二．實驗內(nèi)容及步驟1．被測系統(tǒng)模擬電路圖的構(gòu)成如圖3-2-3所示（同Ⅰ型二階閉環(huán)系統(tǒng)頻率特性測試構(gòu)成），測試其幅值穿越頻率、相位裕度。2．改變被測系統(tǒng)的各項電路參數(shù)，畫出其系統(tǒng)模擬電路圖，及開環(huán)頻率特性曲線，並計算和測量其幅值穿越頻率、相位裕度，填入實驗報告。實驗步驟：（1）將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（B2）輸出OUT2作為被測系統(tǒng)的輸入。（2）構(gòu)造模擬電路：安置短路套及測孔聯(lián)線表同笫3.2.2節(jié)《二階閉環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線測試》。（3）運行、觀察、記錄：①將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（B2）輸出OUT2作為被測系統(tǒng)的輸入，運行LABACT程序，在界面的自動控制菜單下的線性控制系統(tǒng)的頻率響應(yīng)分析實驗項目，選擇二階系統(tǒng)，就會彈出‘頻率特性掃描點設(shè)置’表，在該表中用戶可根據(jù)自己的需要填入各個掃描點（本實驗機選取的頻率值f，以0.1Hz為分辨率），如需在特性曲線上直接標注顯示某個掃描點的角頻率ω、幅頻特性L(ω)或相頻特性φ(ω)，則可在該表的掃描點上小框內(nèi)點擊一下（打√）。確認后將彈出虛擬示波器的頻率特性界面，點擊開始，即可按‘頻率特性掃描點設(shè)置’表規(guī)定的頻率值，實現(xiàn)頻率特性測試。②待實驗機把閉環(huán)頻率特性測試結(jié)束后，再在示波器界面左上角的紅色‘開環(huán)’或‘閉環(huán)’字上雙擊，將在示波器界面上彈出‘開環(huán)／閉環(huán)’選擇框，點擊確定后，示波器界面左上角的紅字，將變?yōu)椤_環(huán)’然后再在示波器界面下部‘頻率特性’選擇框點擊（任一項），在示波器上將轉(zhuǎn)為‘開環(huán)’頻率特性顯示界面?？牲c擊界面下方的“頻率特性”選擇框中的任意一項進行切換，將顯示被測系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻、相頻特性曲線（伯德圖）和幅相曲線（奈奎斯特圖）。在‘開環(huán)’頻率特性界面上，亦可轉(zhuǎn)為‘閉環(huán)’頻率特性顯示界面，方法同上。在頻率特性顯示界面的左上角，有紅色‘開環(huán)’或‘閉環(huán)’字表示當前界面的顯示狀態(tài)。圖3-2-3的被測二階系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻曲線的實驗結(jié)果見圖3-2-5所示。③顯示該系統(tǒng)用戶點取的頻率點的ω、L、、Im、Re實驗機在測試頻率特性結(jié)束后，將提示用戶用鼠標直接在幅頻或相頻特性曲線的界面上點擊所需增加的頻率點（為了教育上的方便，本實驗機選取的頻率值f，以0.1Hz為分辨率，例如所選擇的信號頻率f值為4.19Hz，則被認為4.1Hz送入到被測對象的輸入端），實驗機將會把鼠標點取的頻率點的頻率信號送入到被測對象的輸入端，然后檢測該頻率的頻率特性。檢測完成后在界面上方顯示該頻率點的f、ω、L、、Im、Re相關(guān)數(shù)據(jù)，同時在曲線上打‘十字標記’。如果增添的頻率點足夠多，則特性曲線將成為近似光滑的曲線。 鼠標在界面上移動時，在界面的左下角將會同步顯示鼠標位置所選取的角頻率ω值及幅值或相位值。在軟件安裝目錄\Aedk\LabACT\兩階頻率特性數(shù)據(jù)表.txt中將列出所有測試到的頻率點的開環(huán)L、、Im、Re等相關(guān)數(shù)據(jù)測量。注：該數(shù)據(jù)表不能自動更新，只能用‘關(guān)閉后再打開’的辦法更新。④幅值穿越頻率ωc，相位裕度γ的測試：在開環(huán)對數(shù)幅頻曲線中，用鼠標在曲線L(ω)=0處點擊一下，待檢測完成后，就可以根據(jù)‘十字標記’測得系統(tǒng)的幅值穿越頻率ωc，見圖3-2-5；同時還可在開環(huán)對數(shù)相頻曲線上根據(jù)‘十字標記’測得該系統(tǒng)的相位裕度γ。實驗結(jié)果可與式（3-2-3）和（3-2-4）的理論計算值進行比對。注1：用戶用鼠標只能在幅頻或相頻特性曲線的界面上點擊所需增加的頻率點，無法在幅相曲線的界面上點擊所需增加的頻率點。穿越頻率ω穿越頻率ωc圖3-2-5被測二階開環(huán)系統(tǒng)的對數(shù)幅頻曲線三．實驗報告要求：按下表改變圖3-2-4所示的實驗被測系統(tǒng)