頻率特性的測量實(shí)驗(yàn)報(bào)告.doc

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課程名稱： 控制理論乙 指導(dǎo)老師： 成績： 實(shí)驗(yàn)名稱： 頻率特性的測量 實(shí)驗(yàn)類型： 同組學(xué)生姓名： 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅ū靥睿┒?、?shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理（必填）三、主要儀器設(shè)備（必填）四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析（必填）七、討論、心得1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?掌握用李沙育圖形法，測量各典型環(huán)節(jié)的頻率特性；2根據(jù)所測得的頻率特性，作出伯德圖，據(jù)此求得環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理1.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）R-C網(wǎng)絡(luò)的頻率特性。圖5-2為滯后-超前校正網(wǎng)絡(luò)的接線圖，分別測試其幅頻特性和相頻特性。（2）閉環(huán)頻率特性的測試 被測的二階系統(tǒng)如圖5-3所示，圖5-4為它的模擬電路圖。 取參考值,接470K的電位器，2.實(shí)驗(yàn)原理對于穩(wěn)定的線性定常系統(tǒng)或環(huán)節(jié)，當(dāng)其輸入端加入一正弦信號(hào)，它的穩(wěn)態(tài)輸出是一與輸入信號(hào)同頻率的正弦信號(hào)，但其幅值和相位隨著輸入信號(hào)頻率的改變而改變。輸出信號(hào)為其中，只要改變輸入信號(hào)的頻率，就可以測得輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的幅值比和它們的相位差。不斷改變的頻率，就可測得被測環(huán)節(jié)（系統(tǒng)）的幅頻特性和相頻特性。本實(shí)驗(yàn)采用李沙育圖形法，圖5-1為測試的方框圖在表（1）中列出了超前于滯后時(shí)相位的計(jì)算公式和光點(diǎn)的轉(zhuǎn)向。 表中 為橢圓與軸交點(diǎn)之間的長度，為橢圓與軸交點(diǎn)之間的距離，和分別為和的幅值。3、 主要儀器設(shè)備1控制理論電子模擬實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)；2慢掃描示波器一臺(tái)；3. 任意函數(shù)信號(hào)發(fā)生器一臺(tái)；4萬用表一只。四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟1.實(shí)驗(yàn)一（1）根據(jù)連接圖，將導(dǎo)線連接好（2）由于示波器的CH1已經(jīng)與函數(shù)發(fā)生器的正極相連，所以接下來就要將CH2接在串聯(lián)電阻電容上，將函數(shù)發(fā)生器的正極接入總電路兩端，并且示波器和函數(shù)發(fā)生器的黑表筆連接在一起接地。（3）調(diào)整適當(dāng)?shù)膾呙钑r(shí)間，將函數(shù)發(fā)生器的幅值定為5V不變，然后摁下掃描時(shí)間框中的menu，點(diǎn)擊從Y-t變?yōu)閄-Y顯示。（4）改變函數(shù)發(fā)生器的頻率，記錄數(shù)據(jù)及波形。2.實(shí)驗(yàn)二：基本與實(shí)驗(yàn)一的實(shí)驗(yàn)步驟相同。5、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理實(shí)驗(yàn)一：求計(jì)算的相頻特性與幅頻特性的公式為：(V)(V)(V)實(shí)測計(jì)算實(shí)測計(jì)算94.25150.485.124.96-0.094-0.0920.969-0.276-0.121314.16501.45.124.48-0.277-0.2520.875-1.160-1.096628.321001.65.123.76-0.318-0.3180.734-2.682-2.7931256.642001.245.123.04-0.245-0.2380.594-4.528-4.6671884.963000.845.122.8-0.165-0.1400.547-5.242-5.3292513.274000.365.122.8-0.070-0.0630.547-5.242-5.5613141.595000.085.162.68-0.016-0.0020.519-5.690-5.6164398.237000.565.162.680.1090.0900.519-5.690-5.5025026.558000.85.082.840.1580.1260.559-5.051-5.3876283.1910001.085.082.840.2140.1830.559-5.051-5.10212566.3720001.645.23.440.3210.3080.662-3.589-3.48918849.5630001.445.163.80.2830.3130.736-2.657-2.30731415.9350001.365.124.360.2690.2540.852-1.396-1.12043982.3070000.965.124.760.1890.2010.930-0.633-0.63462831.85100000.85.124.940.1570.1500.965-0.311-0.330125663.71200000.45.0850.0790.0780.984-0.138-0.087251327.41400000.25.085.040.0390.0400.992-0.069-0.022628318.531000000.285.085.060.0550.0160.996-0.034-0.004實(shí)驗(yàn)二：求計(jì)算的幅頻特性與相頻特性的公式為：(V)(V)(V)實(shí)測計(jì)算實(shí)測計(jì)算1.880.315.085.24-0.198-0.2001.0310.2690.4653.140.51.925.245.84-0.375-0.3731.1150.9421.2914.400.73.045.046.8-0.647-0.6221.3492.6022.4465.030.83.525.047.2-0.773-0.7931.4293.0983.0335.650.94.325.127.36-1.004-1.0031.4383.1523.4716.2814.725.127.52-1.173-1.2481.4693.3393.5756.911.15.045.047.04-1.571-1.5061.3972.9033.1907.541.24.725.046.481.2131.3911.2862.1832.3128.171.34.465.25.841.0311.1821.1231.0081.08510.051.63.385.123.520.7210.7780.688-3.255-3.12512.5722.645.042.080.5510.5270.413-7.687-7.95031.4250.825.040.40.1630.1660.079-22.007-25.57543.9870.525.160.20.1010.1160.039-28.232-31.583六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析1.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析（1）實(shí)驗(yàn)一根據(jù)測得的數(shù)據(jù)，并經(jīng)過一系列計(jì)算之后，得到的實(shí)驗(yàn)一幅頻相頻特性曲線如圖所示：實(shí)驗(yàn)一幅頻特性曲線（實(shí)驗(yàn)）實(shí)驗(yàn)一相頻特性曲線（實(shí)驗(yàn)）通過運(yùn)用公式理論計(jì)算得到的曲線如下圖所示：實(shí)驗(yàn)一幅頻特性曲線（計(jì)算）實(shí)驗(yàn)一相頻特性曲線（計(jì)算）通過matlab仿真所得實(shí)驗(yàn)一中的幅頻相頻特性曲線如下圖所示：由此可以看出，所測并計(jì)算之后得到的幅頻特性曲線與相頻特性曲線和公式計(jì)算結(jié)果所得到的曲線非常相近，并且與通過matlab仿真得到的波特圖之間的差距很小，但仍然存在一定誤差。（2） 實(shí)驗(yàn)二根據(jù)測得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在matlab上繪制幅頻特性曲線圖如下圖所示：實(shí)驗(yàn)二幅頻特性曲線（實(shí)驗(yàn)）實(shí)驗(yàn)二相頻特性曲線（實(shí)驗(yàn)）根據(jù)計(jì)算結(jié)果，在matlab上繪制幅頻曲線如下圖所示實(shí)驗(yàn)二幅頻特性曲線（計(jì)算）實(shí)驗(yàn)二相頻特性曲線（計(jì)算）通過matlab程序仿真得到的幅頻與相頻曲線如下圖所示：由上圖分析可以得到，實(shí)驗(yàn)所測得到的幅頻特性曲線與計(jì)算結(jié)果得到的曲線幾乎一樣，并且與matlab仿真的波特圖非常相近。但是實(shí)驗(yàn)所測得到的相頻特性曲線雖然和計(jì)算結(jié)果得到的曲線較為溫和，但是卻與matlab仿真得到的相頻曲線有著非常大的差別。這一點(diǎn)的主要原因?yàn)椋骸?. 實(shí)驗(yàn)誤差分析本次實(shí)驗(yàn)的誤差相對于其他實(shí)驗(yàn)的誤差而言比較大，主要原因有以下幾點(diǎn)：（1） 示波器讀取幅值的時(shí)候，由于是用光標(biāo)測量，觀測到的誤差相對來說非常大，尤其是當(dāng)李薩如圖像與x軸的交點(diǎn)接近于零的時(shí)候，示波器的光標(biāo)測量讀數(shù)就非常困難了。（2） 在調(diào)整函數(shù)發(fā)生器的頻率過程中，由于示波器的李薩如圖像模型對于橫坐標(biāo)掃描時(shí)間的要求，導(dǎo)致當(dāng)頻率增加的時(shí)候，可觀測的點(diǎn)寥寥無幾。只能用display里面的連續(xù)記錄顯示功能來記錄波形。這樣記錄下來的波形，由于本身點(diǎn)走動(dòng)的時(shí)候帶有一定厚度，導(dǎo)致記錄波形的寬度非常大，并且亮度基本一致，無法判斷曲線邊界的具體值，造成的誤差也是非常大的。（3） 在繪制曲線過程中，由于測量數(shù)據(jù)點(diǎn)有限，而造成繪制曲線與計(jì)算值存在一定誤差。（4） 本次實(shí)驗(yàn)的計(jì)算量非常繁瑣且冗雜，對于實(shí)驗(yàn)誤差的影響也是非常大的。（5） 電阻和電容等非理想元件造成的誤差3. 思考題（1） 在實(shí)驗(yàn)中如何選擇輸入的正弦信號(hào)的幅值？解：先將頻率調(diào)到很大，再是信號(hào)幅值應(yīng)該調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)增益按鈕，令示波器顯示方式為信號(hào)-時(shí)間模式，然后觀測輸出信號(hào)，調(diào)節(jié)頻率，觀察在各個(gè)頻段是否失真。（2） 測試頻率特性時(shí)，示波器Y軸輸入開關(guān)為什么選擇直流？便于讀取數(shù)據(jù)，使測量結(jié)果更加準(zhǔn)確。（3） 測試相頻特性時(shí)，若把信號(hào)發(fā)生器的正弦信號(hào)送入Y軸，被測系統(tǒng)的輸出信號(hào)送入X軸，則根據(jù)橢圓光點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，如何確定相位的超前和遲后？若將輸入和輸出信號(hào)所在的坐標(biāo)軸變換，則判斷超前和滯后的辦法也要反過來，即順時(shí)針為滯后，逆時(shí)針為超前。7、 討論、心得1. 在實(shí)驗(yàn)過程中，一定要耐心仔細(xì)，因?yàn)榭赡軙?huì)出現(xiàn)李薩如圖像與光軸的兩個(gè)交點(diǎn)非常接近于原點(diǎn)，由于曲線本身的寬度，造成的視覺誤差會(huì)非常大。所以在用光標(biāo)測量數(shù)據(jù)的時(shí)候，一定要非常仔細(xì)耐心，盡可能讓誤差降到最小。2. 在實(shí)驗(yàn)過程中，隨著頻率的增加，李薩如圖像的顯示光點(diǎn)也會(huì)隨之減少，這個(gè)時(shí)候一定要適當(dāng)調(diào)節(jié)掃描時(shí)間，盡量往小調(diào)，讓掃描光點(diǎn)增加，形成比較完整的曲線，以便于測量與觀察。3. 在做第二個(gè)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，即使掃描時(shí)間已經(jīng)調(diào)到了最小，仍然無法看見完整的曲線，這時(shí)，需要摁下示波器上display按鈕，然后點(diǎn)擊是否記錄軌跡，然后就可以讓點(diǎn)完整清晰地將曲線還原回來，從而減小誤差。4. 在計(jì)算過程中，注意認(rèn)真仔細(xì)。計(jì)算量繁雜，容易導(dǎo)致計(jì)算錯(cuò)誤，可以多設(shè)幾個(gè)變量來解決。5. 在繪制曲線過程中，如果直接用角速度w的話，有可能會(huì)出現(xiàn)小頻率的點(diǎn)比較密集，大頻率的點(diǎn)比較疏松，得到的曲線誤差比較大，并且并不美觀。當(dāng)數(shù)據(jù)相差較大時(shí)，我采用了將橫坐標(biāo)求對數(shù)之后，再將新得到的數(shù)據(jù)作為橫坐標(biāo)繪制圖像，則實(shí)驗(yàn)圖像變得非常美觀和清晰，并且具有說服力。6. 通過本次實(shí)驗(yàn)，我了解到了頻率特性測量的方法以及怎樣求幅頻特性|G(w)|和相頻特性(w)的值，并且通過將自己實(shí)驗(yàn)所得曲線、實(shí)際計(jì)算曲線與matlab仿真之間的對比，將理論、實(shí)踐、仿真融為一體，使我更加加深了頻率響應(yīng)曲線的認(rèn)識(shí)。這樣的方法，在以后的學(xué)習(xí)過程中，會(huì)應(yīng)用的更加廣泛，并且具有非常深遠(yuǎn)的意義。