实验四 系统频率特性测量(模拟实验)
频率特性测试实验报告
频率特性测试实验报告引言频率特性测试是一种常用的电子设备测试方法，用于评估电子设备在不同频率下的性能表现。
本实验旨在通过测试不同频率下的信号响应，来探究被测试物体的频率特性。
实验步骤1.准备测试设备和被测试物体：选择一台信号发生器作为测试设备，并选择一个被测试物体，如一个电子电路板或一个音响设备。
2.连接测试设备和被测试物体：将信号发生器的输出端与被测试物体的输入端相连接。
确保连接稳固可靠。
3.设置信号发生器的频率：根据实验要求，设置信号发生器的频率范围和步进值。
频率范围应覆盖被测试物体可能的工作频率。
4.开始测试：依次设置不同的频率，观察被测试物体的响应情况。
记录下每个频率下的测试数据。
5.分析测试数据：将记录的测试数据整理，并进行进一步的数据分析。
可以绘制频率-响应曲线图，以直观展示被测试物体的频率特性。
6.结果讨论：根据频率-响应曲线图和数据分析结果，讨论被测试物体的频率特性。
可以探讨其在不同频率下的增益、相位差等表现，并与预期的理论模型进行比较。
7.结论：总结被测试物体的频率特性，给出实验结果的解释和评价。
实验数据示例频率 (Hz) 响应幅度 (dB) 相位差 (°)100 0.5 10500 1.2 201000 2.0 302000 1.8 405000 1.0 4510000 0.8 50数据分析与讨论通过绘制频率-响应曲线图，我们可以清楚地观察到被测试物体的频率特性。
从实验数据中可以看出，被测试物体在低频段（100 Hz和500 Hz）响应幅度较小，相位差也较小。
随着频率的增加，响应幅度逐渐增强，相位差也逐渐增大。
当频率达到2000 Hz时，响应幅度达到最大值，相位差也达到最大值。
随后，响应幅度逐渐减小，相位差也逐渐减小。
这种频率特性的变化可能与被测试物体的电路结构和元件特性有关。
与预期的理论模型进行比较后发现，实验结果与理论模型基本一致。
在低频段，被测试物体对输入信号的响应较弱，可能是由于电路的带宽限制或信号衰减等原因。
系统频率特性地测试
自动控制原理实验实验报告实验四系统频率特性的测试学号22012309 姓名时间2014年10月23日评定成绩审阅教师目录一、实验目的··3二、实验原理··3三、预习与回答··3四、实验设备··4五、实验线路图··4六、实验步骤··4七、实验数据··4八、实验分析及思考题··5九、实验总结··7一、实验目的：（1）明确测量幅频和相频特性曲线的意义；（2）掌握幅频曲线和相频特性曲线的测量方法；（3）利用幅频曲线求出系统的传递函数；二、实验原理：在设计控制系统时，首先要建立系统的数学模型，而建立系统的数学模型是控制系统设计的重点和难点。
如果系统的各个部分都可以拆开，每个物理参数能独立得到，并能用物理公式来表达，这属机理建模方式，通常教材中用的是机理建模方式。
如果系统的各个部分无法拆开或不能测量具体的物理量，不能用准确完整的物理关系式表达，真实系统往往是这样。
比如“黑盒”，那只能用二端口网络纯的实验方法来建立系统的数学模型，实验建模有多种方法。
此次实验采用开环频率特性测试方法，确定系统传递函数。
准确的系统建模是很困难的，要用反复多次，模型还不一定建准。
另外，利用系统的频率特性可用来分析和设计控制系统，用Bode 图设计控制系统就是其中一种。
幅频特性就是输出幅度随频率的变化与输入幅度之比，即)()(ωωio U U A =。
测幅频特性时，改变正弦信号源的频率，测出输入信号的幅值或峰峰值和输输出信号的幅值或峰峰值。
测相频有两种方法：（1）双踪信号比较法：将正弦信号接系统输入端，同时用双踪示波器的Y1和Y2测量系统的输入端和输出端两个正弦波，示波器触发正确的话，可看到两个不同相位的正弦波，测出波形的周期T 和相位差Δt ，则相位差0360⨯∆=ΦTt 。
频率特性测试_实验报告
频率特性测试_实验报告
实验名称：频率特性测试
实验目的：
1. 掌握频率特性测试的原理和方法。
2. 学习使用示波器进行频率特性测试。
3. 了解放大器的频率响应特性。
实验器材：
1. 示波器
2. 双极性电容
3. 电阻器
4. 信号发生器
5. 放大器
实验原理：
频率特性测试一般用于测试电路、放大器和滤波器等的频率响应特性。
在示波器的帮助下，我们可以通过使用信号发生器生成一个带有不同频率的正弦波进行测试，在不同的频率下测量放大器输出的电压，这样就可以分析出放大器的频率响应特性。
实验步骤：
1. 将信号发生器连接到放大器的输入端，将放大器的输出端连
接到示波器的通道1输入端。
2. 在信号发生器上设置正弦波频率为多个不同的值，例如
100Hz、1kHz、10kHz。
3. 在示波器上设置通道1为AC耦合并调整垂直调节和水平调节，使正弦波信号在屏幕上呈现符合要求的波形。
4. 记录示波器上显示的放大器输出电压，并将记录的数值制成表格，便于后续分析。
实验结果分析：
通过实验数据，我们可以绘制出放大器的幅频响应曲线，以表现放大器在不同频率下的增益特性。
在典型的幅频响应曲线中，我们会发现放大器的增益在低频时趋于平稳，在中频时达到峰值，在高频时进行了急剧的下降。
实验结论：
频率特性测试是一项非常常见的测试方法，适用于测试放大器、滤波器和其它电路的频率响应特性。
通过本次实验，我们学习了使用示波器进行频率特性测试的方法和技巧，掌握了测试和分析放大器幅频响应曲线的能力，为后续电路设计和优化提供了有力的支持。
实验四 系统频率特性测量
实验四系统频率特性测量一、实验目的1、加深了解系统及元件频率特性的物理概念。
2、掌握系统及元件频率特性的测量方法。
二、实验设备1、D1CE-AT-∏型自动控制系统实验箱一台2、带串口计算机一台3、RS232串口线三、实验原理及电路1、被测系统的方块图及原理:系统(或环节)的频率特性G(jω)是一个复变量，可以表示成以角频率3为参数的幅值和相角:G(M=IG(%)I∕G(网本实验应用频率特性测试仪测量系统或环节的频率特牲。
图4-1所示系统的开环频率特性为:B(jω)B(ιω)B(jω)G3)GR3)H(j3)=叼舟I/追采用对数幅频特牲和相频特性表示，则式(4-2)表示为:(4—1) (4-2)图4-1被测系统方块图2。
IgGG3)G∕)Hg)H。
啕需I=2(Hg1BG3-2(Hg1EG3)I (4—3) C⅛Gω)G<jω)HGω)=/*线=∕BQω)-EGω)(4-4)E(j3)将频率特性测试仪内信号发生器产生的超低频正弦信号的频率从低到高变化，并施加于被测系统的输人端Et)］,然后分别测量相应的反馈信号［b⑴］和误差信号［e(t)］的对数幅值和相位。
频率特性测试仪测试数据经相关运算器后在显示器中显示。
根据式(4—3)和式(4—4)分别计算出各个频率下的开环对数幅值和相位，在半对数座标纸上作出实验曲线：开环对数幅频曲线和相频曲线。
根据实验开环对数幅频曲线画出开环对数幅频曲线的渐近线，再根据渐近线的斜率和转角频确定频率特性(或传递函数)。
所确定的频率特性(或传递函数)的正确性可以由测量的相频曲线来检验，对最小相位系统而言，实际测量所得的相频曲线必须与由确定的频率特性(或传递函数)所画出的理论相频曲线在一定程度上相符，如果测量所得的相位在高频(相对于转角频率)时不等于一900(q—p)［式中P和q分别表示传递函数分子和分母的阶次］，那么，频率特性(或传递函数)必定是一个非最小相位系统的频率特性。
系统频率测试实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解系统频率特性的基本概念和测试方法。
2. 掌握使用示波器、频谱分析仪等设备进行系统频率测试的操作技巧。
3. 分析测试结果，确定系统的主要频率成分和频率响应特性。
二、实验原理系统频率特性是指系统对正弦输入信号的响应，通常用幅频特性（A(f)）和相频特性（φ(f)）来描述。
幅频特性表示系统输出信号幅度与输入信号幅度之比，相频特性表示系统输出信号相位与输入信号相位之差。
频率测试实验通常包括以下步骤：1. 使用正弦信号发生器产生正弦输入信号；2. 将输入信号输入被测系统，并测量输出信号；3. 使用示波器或频谱分析仪观察和分析输出信号的频率特性。
三、实验设备1. 正弦信号发生器2. 示波器3. 频谱分析仪4. 被测系统（如放大器、滤波器等）5. 连接线四、实验步骤1. 准备实验设备，将正弦信号发生器输出端与被测系统输入端相连；2. 打开正弦信号发生器，设置合适的频率和幅度；3. 使用示波器观察输入信号和输出信号的波形，确保信号正常传输；4. 使用频谱分析仪分析输出信号的频率特性，记录幅频特性和相频特性；5. 改变输入信号的频率，重复步骤4，得到一系列频率特性曲线；6. 分析频率特性曲线，确定系统的主要频率成分和频率响应特性。
五、实验结果与分析1. 幅频特性曲线：观察幅频特性曲线，可以发现系统存在一定频率范围内的增益峰值和谷值。
这些峰值和谷值可能对应系统中的谐振频率或截止频率。
通过分析峰值和谷值的位置，可以了解系统的带宽和选择性。
2. 相频特性曲线：观察相频特性曲线，可以发现系统在不同频率下存在相位滞后或超前。
相位滞后表示系统对输入信号的相位延迟，相位超前表示系统对输入信号的相位提前。
通过分析相位特性，可以了解系统的相位稳定性。
六、实验总结1. 通过本次实验，我们掌握了系统频率特性的基本概念和测试方法。
2. 使用示波器和频谱分析仪等设备，我们成功地分析了被测系统的频率特性。
3. 通过分析频率特性曲线，我们了解了系统的主要频率成分和频率响应特性。
实验4：频率特性测量
实验四 动态系统的频率特性研究
一、实验目的
1． 选定R ，C ，Rf 值，使1=n ω，ξ=0.2；
2． 用正弦波作为系统的输入信号，即x(t)=XSin ωt ，稳态时其响应为 y(t)=Ysin(ωt+
φ)；
3． 改变输入信号的频率，使角频率ω分别等于1.0，1.2，1.4，1.6，2.0，3.0rad/s ，稳态时，和正弦输出响应y(t)=Ysin(ωt+φ)
4.按表格整理实验数据如下表所示：
四、完成实验报告
1）根据上述表格所整理出的实验数据，在半对数坐标纸上绘制Bode图；下图1为根据表格数据绘制的Bode图：
图1
2)应用bode指令绘制该系统的Bode图（注意时闭环系统的Bode图），并与试验所绘制的图比较。
下图2为应用bode指令绘制该系统的Bode图：
图2
由图1和图2可以看出，应用bode指令绘制该系统的Bode图与试验所绘制的Bode图大致走向是一样的，说明实验理论的正确性。
两图在拐点处有一定的差距，在某些点处也存在误差。
误差分析：可能是在数据读取时产生误差，或在数指选取上不太合适，造成画出的bode图有差异。
实验四 典型系统的频率特性测试
自动控制原理实验报告实验名称：典型系统的频率特性测试班级：姓名：学号：实验四典型系统的频率特性测试一、实验目的1、加深理解系统及元件频率特性的物理概念2、掌握测量典型一阶系统和二阶系统频率特性曲线的方法3、掌握软件仿真求取一阶和二阶系统开环频率特性的方法4、了解从频率特性求系统传递函数及参数的方法二、实验容1、搭建一阶惯性环节，绘制其频率特性曲线2、搭建典型二阶环节，绘制其频率特性曲线3、用软件仿真求取一阶和二阶系统频率特性曲线，跟实验结果比较三、实验步骤1、一阶惯性环节的频率特性（1）用Matlab函数绘制系统的幅相曲线和对数频率特性曲线，记录理想幅频曲线和相频曲线。
程序如下:sys=tf(1,[0.005,1]);nyquist(sys);title('系统的奈氏图');figurebode(sys);title('系统的波特图');（2）在simulink下创建惯性环节的幅相曲线和对数频率特性曲线仿真系统。
改变正弦输入函数的频率，测试并记录输出与输入幅值之比，相位之差，保存仿真结果（3）在实验箱中搭建模拟电路，输入正弦波信号，观测输入输出正弦波曲线。
调节正弦波频率和幅值，绘制该一阶惯性环节的幅频曲线和相频曲线，与软件仿真对比2、二阶系统的频率特性曲线（1）用Matlab函数绘制二阶系统的幅相曲线和对数频率特性曲线，记录理想幅频曲线和相频曲线。
程序仿真：sys=tf(200,[1,10,200]);nyquist(sys);title('系统的奈氏图');figurebode(sys);title('系统的波特图');（2）在simulink下创建二阶环节的幅相曲线和对数频率特性曲线仿真系统。
改变正弦输入函数的频率，测试并记录输出与输入幅值之比，相位之差，保存仿真结果（3）在实验箱中搭建模拟电路，输入正弦波信号，观测输入输出正弦波曲线。
频率特性的测试实验报告
频率特性的测试实验报告频率特性的测试实验报告摘要：频率特性是描述系统对不同频率信号的响应能力的重要参数。
本实验旨在通过测试不同频率下的信号输入和输出，分析系统的频率特性。
实验结果表明，系统在不同频率下的响应存在一定的差异，频率特性测试可以有效评估系统的性能。
引言：频率特性是衡量系统对不同频率信号的响应能力的重要指标，对于各种电子设备和通信系统的设计和性能评估具有重要意义。
频率特性测试可以帮助我们了解系统在不同频率下的工作情况，为系统优化和故障排除提供依据。
实验方法：1. 实验器材准备：使用函数发生器作为信号源，连接到待测试系统的输入端；使用示波器连接到待测试系统的输出端，用于观测信号响应。
2. 实验参数设置：选择一系列不同频率的信号作为输入信号，设置函数发生器的频率范围和幅度。
3. 实验过程：逐一调节函数发生器的频率，观察示波器上输出信号的变化，并记录下输入信号和输出信号的幅度、相位差等参数。
4. 实验数据处理：根据记录的数据，绘制频率特性曲线，分析系统在不同频率下的响应情况。
实验结果：通过实验测试，我们得到了系统在不同频率下的响应数据，并绘制了频率特性曲线。
以下是实验结果的总结：1. 幅频特性：我们观察到系统在低频时具有较高的增益，随着频率的增加，增益逐渐下降。
在高频范围内，增益趋于平缓或下降较快，这可能是由于系统的带宽限制所致。
2. 相频特性：我们发现系统在不同频率下的相位差存在一定的变化。
在低频时，相位差较小，随着频率的增加，相位差逐渐增大。
这可能是由于系统的传递函数导致的相位延迟效应。
3. 频率响应范围：通过绘制频率特性曲线，我们可以确定系统的频率响应范围。
在曲线上观察到的3dB降低点可以作为系统的截止频率，超过该频率的信号将受到较大的衰减。
讨论与分析：频率特性测试结果对于系统的性能评估和优化具有重要意义。
通过分析实验结果，我们可以得出以下结论和建议：1. 频率特性的变化可能是由于系统中的电容、电感等元件的频率响应特性导致的。
自动控制原理实验报告 (频率特性测试)
自动控制原理实验报告（三）
频率特性测试
一．实验目的
1．了解线性系统频率特性的基本概念。
2．了解和掌握对数幅频曲线和相频曲线（波德图）的构造及绘制方法。
二．实验内容及步骤
被测系统是一阶惯性的模拟电路图见图3-2-1，观测被测系统的幅频特性和相频特性，填入实验报告。
本实验将正弦波发生器（B4）单元的正弦波加于被测系统的输入端，用虚拟示波器观测被测系统的幅频特性和相频特性，了解各种正弦波输入频率的被测系统的幅频特性和相频特性。
图3-2-1 被测系统的模拟电路图
实验步骤：
（1）将函数发生器（B5）单元的正弦波输出作为系统输入。
（2）构造模拟电路。
三．实验记录：
ω
ω=1
ω=1.6
ω=3.2
ω=4.5
ω=6.4
ω=8
ω=9.6
ω=16
实验分析：
实验中，一阶惯性环节的幅频特性)(ωL ，相频特性)(ωϕ随着输入频率的变化而变化。
惯性环节的时间常数T 是表征响应特性的唯一参数，系统时间常数越小，输出相应上升的越快，同时系统的调节时间越小。
频率特性测试实验报告
频率特性测试实验报告频率特性测试实验报告摘要：本实验旨在通过频率特性测试，研究和分析不同电路元件和电子设备在不同频率下的响应特性。
通过实验数据的收集和处理，我们可以了解电路的频率响应、频率特性以及其在不同频率下的性能表现。
实验结果显示，在不同频率下，电路元件和电子设备的频率响应存在差异，这对于电路设计和信号处理具有重要意义。
引言：频率特性是指电路或电子设备在不同频率下的响应能力。
了解电路在不同频率下的性能表现，对于电路设计、信号处理和通信系统的优化具有重要意义。
通过频率特性测试，我们可以分析电路的频率响应、幅频特性和相频特性，从而更好地了解电路的工作原理和性能。
实验方法：1. 实验仪器和设备：本实验使用了函数发生器、示波器、电阻、电容、电感等实验仪器和设备。
2. 实验步骤：（1）连接电路：根据实验要求，连接电路并确保电路连接正确。
（2）设置函数发生器：根据实验要求，设置函数发生器的频率和幅度。
（3）测量电压和相位：使用示波器测量电路中的电压和相位差。
（4）记录实验数据：根据实验要求，记录不同频率下的电压和相位差数据。
（5）数据处理：根据实验数据，绘制幅频特性曲线和相频特性曲线，分析电路的频率响应特性。
实验结果与分析：通过实验数据的收集和处理，我们得到了电路在不同频率下的电压和相位差数据，并绘制了幅频特性曲线和相频特性曲线。
实验结果显示，在低频率下，电路的幅频特性较为平缓，而在高频率下，幅频特性逐渐下降。
相位差随频率的变化呈现出一定的规律，这与电路元件的特性有关。
通过对实验结果的分析，我们可以进一步了解电路的频率响应特性。
实验应用：频率特性测试在电路设计、信号处理和通信系统中具有广泛的应用。
通过了解电路在不同频率下的响应特性，我们可以优化电路设计，提高信号处理的效果，以及改进通信系统的性能。
例如，在音频放大器设计中，对于不同频率的音频信号，需要了解放大器的频率响应特性，以保证音频信号的传输质量。
另外，在无线通信系统中，了解天线的频率特性，可以优化天线设计，提高信号的传输距离和稳定性。
实验四 控制系统频率特性的测试(实验报告)
实验四 控制系统频率特性的测试一． 实验目的认识线性定常系统的频率特性，掌握用频率特性法测试被控过程模型的原理和方法，根据开环系统的对数频率特性，确定系统组成环节的参数。
二．实验装置（1）微型计算机。
（2）自动控制实验教学系统软件。
三．实验原理及方法（1）基本概念一个稳定的线性定常系统，在正弦信号的作用下，输出稳态与输入信号关系如下： 幅频特性相频特性（2）实验方法 设有两个正弦信号：若以)(t x ω为横轴，以)(y t ω为纵轴，而以t ω作为参变量，则随t ω的变化，)(t x ω和)(y t ω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（通常是一个椭圆）。
这就是所谓“李沙育图形”。
由李沙育图形可求出Xm ，Ym ，φ，四．实验步骤（1）根据前面的实验步骤点击实验七、控制系统频率特性测试菜单。
（2）首先确定被测对象模型的传递函数, 预先设置好参数 T1、T2、ξ、K（3）设置好各项参数后，开始仿真分析，首先做幅频测试，按所得的频率范围由低到高，及ω由小到大慢慢改变，特别是在转折频率处更应该多取几个点五.数据处理（一）第一种处理方法：（1）得表格如下：（2）作图如下：（二）第二种方法： 由实验模型即，由实验设置模型根据理论计算结果绘制bode 图，绘制Bode 图。
（三）误差分析两图形的大体趋势一直，从而验证了理论的正确性。
在拐点处有一定的差距，在某些点处也存在较大的误差。
分析：（1）在读取数据上存在较大的误差，而使得理论结果和实验结果之间存在。
（2）在数值应选取上太合适，而使得所画出的bode图形之间存在较大的差距。
（3）在实验计算相角和幅值方面本来就存在着近似，从而使得误差存在，而使得两个图形之间有差异六.思考讨论（1）是否可以用“李沙育”图形同时测量幅频特性和想频特性答：可以。
在实验过程中一个频率可同时记录2Xm，2Ym，2y0。
（2）讨论用“李沙育图形”测量频率特性的精度，即误差分析（说明误差的主要来源）答：用“李沙育图形”测量频率特性的精度从上面的分析处理上也可以看出是比较高的，但是在实验结果和理论的结果之间还是存在一定的差距，这些误差主要来自于从“李沙育图形”上读取数据的时候存在的误差，也可能是计算机精度方面的误差。
频率特性的测量实验报告
频率特性的测量实验报告一、实验目的频率特性是系统在正弦输入信号作用下，稳态输出与输入的幅值比和相位差随频率变化的关系。
本次实验的目的是通过测量系统的频率特性，深入理解系统的性能和特性，掌握频率特性的测量方法和数据分析处理技巧。
二、实验原理1、频率特性的定义系统的频率特性可以表示为幅频特性和相频特性。
幅频特性是输出信号与输入信号的幅值比随频率的变化关系，相频特性是输出信号与输入信号的相位差随频率的变化关系。
2、测量方法本次实验采用扫频法测量系统的频率特性。
扫频法是通过改变输入正弦信号的频率，同时测量输出信号的幅值和相位，从而得到系统的频率特性。
三、实验设备1、信号发生器用于产生不同频率的正弦输入信号。
2、示波器用于测量输入和输出信号的幅值和相位。
3、被测系统本次实验中的被测系统为一个无源 RC 网络。
四、实验步骤1、按照实验电路图连接好实验设备，确保连接正确无误。
2、打开信号发生器，设置起始频率、终止频率和频率步长，产生扫频正弦信号。
3、在示波器上同时观察输入和输出信号的波形，调整示波器的参数，使波形清晰稳定。
4、测量不同频率下输出信号的幅值和相位，并记录下来。
5、改变输入信号的频率，重复步骤 4，直到完成整个频率范围内的测量。
五、实验数据及处理以下是本次实验测量得到的数据：｜频率（Hz）｜幅值比|相位差（度）｜｜｜｜｜｜100|0707|－45|｜200|05|－634|｜300|0316|－716|｜400|0224|－760|｜500|0177|－787|｜600|0141|－813|｜700|0114|－832|｜800|0093|－848|｜900|0077|－861|｜1000|0064|－871|根据实验数据，绘制幅频特性曲线和相频特性曲线：1、幅频特性曲线以频率为横坐标，幅值比为纵坐标，绘制幅频特性曲线。
从曲线中可以看出，随着频率的增加，幅值比逐渐减小，表明系统对高频信号的衰减作用增强。
实验四典型环节和系统频率特性的测量
实验四 典型环节和系统频率特性的测量一、实验目的1．了解典型环节和系统的频率特性曲线的测试方法；2．根据实验求得的频率特性曲线求取相应的传递函数。
二、实验设备同实验一三、实验内容1．惯性环节的频率特性测试；2．二阶系统频率特性测试；3．无源滞后—超前校正网络的频率特性测试；4．由实验测得的频率特性曲线，求取相应的传递函数；5．用软件仿真的方法，求取惯性环节和二阶系统的频率特性。
四、实验原理设G(S)为一最小相位系统（环节）的传递函数。
如在它的输入端施加一幅值为Xm 、频率为ω的正弦信号，则系统的稳态输出为 )sin()()sin(ϕωωϕω+=+=t j G Xm t Y y m ①由式①得出系统输出，输入信号的幅值比 )()(ωωj G Xmj G Xm Xm Ym == ② 显然，)(ωj G 是输入X(t)频率的函数，故称其为幅频特性。
如用db （分贝）表示幅频值的大小，则式②可改写为XmYm j G Lg L lg 20)(20)(==ωω ③ 在实验时，只需改变输入信号频率ω的大小（幅值不变），就能测得相应输出信号的幅值Ym ，代入上式，就可计算出该频率下的对数幅频值。
根据实验作出被测系统(环节)的对数幅频曲线，就能对该系统（环节）的数学模型作出估计。
关于被测环节和系统的模拟电路图，请参见附录。
五、实验步骤1.熟悉实验箱上的“低频信号发生器”，掌握改变正弦波信号幅值和频率的方法。
利用实验箱上的模拟电路单元，设计一个惯性环节（可参考本实验附录的图4-4）的模拟电路。
电路接线无误检查后,接通实验装置的总电源，将直流稳压电源接入实验箱。
2.惯性环节频率特性曲线的测试把“低频函数信号发生器”的输出端与惯性环节的输入端相连，当“低频函数信号发生器”输出一个幅值恒定的正弦信号时，用示波器观测该环节的输入与输出波形的幅值，随着正弦信号频率的不断改变，可测得不同频率时惯性环节输出的增益和相位（可用“李沙育”图形），从而画出环节的频率特性。
东南大学实验四系统频率特性的检验测试实验报告
东南大学自动控制实验室实验报告课程名称：自动控制原理实验实验名称：实验四系统频率特性的测试院（系）：自动化专业：自动化姓名：学号：实验室：417 实验组别：同组人员：实验时间：2016年12月02日评定成绩：审阅教师：目录一.实验目的 (3)二．实验原理 (3)三. 实验设备 (3)四.实验线路图 (4)五、实验步骤 (4)六、实验数据 (5)七、报告要求 (6)八、预习与回答 (10)九、实验小结 (10)一、实验目的（1）明确测量幅频和相频特性曲线的意义（2）掌握幅频曲线和相频特性曲线的测量方法（3）利用幅频曲线求出系统的传递函数二、实验原理在设计控制系统时，首先要建立系统的数学模型，而建立系统的数学模型是控制系统设计的前提和难点。
建模一般有机理建模和辨识建模两种方法。
机理建模就是根据系统的物理关系式，推导出系统的数学模型。
辨识建模主要是人工或计算机通过实验来建立系统数学模型。
两种方法在实际的控制系统设计中，常常是互补运用的。
辨识建模又有多种方法。
本实验采用开环频率特性测试方法，确定系统传递函数，俗称频域法。
还有时域法等。
准确的系统建模是很困难的，要用反复多次，模型还不一定建准。
模型只取主要部分，而不是全部参数。
另外，利用系统的频率特性可用来分析和设计控制系统，用Bode图设计控制系统就是其中一种。
(ω)，测幅频特性幅频特性就是输出幅度随频率的变化与输入幅度之比，即A(ω)=U oU i时，改变正弦信号源的频率测出输入信号的幅值或峰峰值和输输出信号的幅值或峰峰值。
测相频有两种方法：（1）双踪信号比较法：将正弦信号接系统输入端，同时用双踪示波器的Y1和Y2测量系统的输入端和输出端两个正弦波，示波器触发正确的话，可看到两个不同相位的正弦波，×360°。
这种方法直观，容易理解。
测出波形的周期T和相位差Δt，则相位差∅=∆tT就模拟示波器而言，这种方法用于高频信号测量比较合适。
（2）李沙育图形法：将系统输入端的正弦信号接示波器的X轴输入，将系统输出端的正弦信号接示波器的Y轴输入，两个正弦波将合成一个椭圆。
实验四典型环节和系统频率特性的测量
一、实验目的1、了解典型环节系和统的频率特性曲线的测量方法2、根据实验求得的频率特性曲线求取传递函数二 实验设备1、THBDC-1型 控制理论·计算机控制技术实验平台2、PC 机一台（含“THBDC-1”软件）、USB 数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、USB 接口线三 实验内容（1）惯性环节的频率特性测试R1=R2=100K C=1uF R0=200K闭环传递函数为=)()(0S U S U i 1+TS K =实验记录Bode 图理论计算数据（2）二阶系统OP1，惯性环节，10.2S+1 ；OP2，积分环节，1S 10.1S ；OP3，反相，（-1）；25100:()52552X R K G S S S ==+⨯⨯+ ωn=2.236 ζ=1.118250R 10:()502505020X K G S S ==+⨯⨯+ ωn=7.071 ζ=0.3536实验记录波特图 Rx=100K实验记录波特图 Rx=10K仿真波特图 Rx=100K 仿真波特图 Rx=10K校正前观察响应曲线为校正后串联一个惯性装置波特图校正前后对比思考题：1、根据上位机测得的Bode图的幅频特性，就能确定系统（或环节）的相频特性，试问这在什么系统时才能实现？必须在开环二阶系统中，而且只能确定最小相位系统。
2、实验时所获得的性能指标为何与设计时确定的性能指标有偏差？因为在设计时，很多计算采用的近似计算，同时实验时用的电阻元件参数与设计不完全一致。
3.什么是超前校正装置和滞后校正装置，他们各利用矫正装置的什么特性对系统进行校正？答：超前校正装置用于改善系统的动态性能，实现在系统静态性能不受损的前提下，提高系统的动态性能。
通过加入超前校正环节，利用其相位超前特性来增大系统的相位裕度，改变系统的开环频率特性。
一般使校正环节的最大相位超前角出现在系统新的穿越频率点。
而滞后校正装置则通过加入滞后校正环节，使系统的开环增益有较大幅度增加，同时又使校正后的系统动态指标保持原系统的良好状态。
自动控制原理 控制系统的频率特性实验报告
肇庆学院工程学院 自动控制原理实验报告 _12 _年级_ 电气一班 组员：王园园、李俊杰 实验日期 2014/6/9姓名:李奕顺 学号：201224122130 老师评定___________ 实验四：控制系统的频率特性一、实验原理1.被测系统的方块图：见图4-1图4-1 被测系统方块图系统（或环节）的频率特性G （j ω）是一个复变量，可以表示成以角频率ω为参数的幅值和相角：) G(j ω) G(j ω) G(j ω=（4—1）本实验应用频率特性测试仪测量系统或环节的频率特牲。
图4-1所示系统的开环频率特性为：) E(j ω)B(j ω)E(j ω)B(j ω) E(j ω) B(j ω) (j ωG ) (j ωG 21==⋅ （4—2）采用对数幅频特性和相频特性表示，则式（4—2）表示为：)E(j ω)B(j ωlg20) )H(j ω (j ωG ) (j ωG 20lg 21=⋅) E(j ωlg 20) B (j ωlg 20-= （4—3）) E(j ω) B(j ω)E(j ω)B(j ω) H(j ω) (j ωG ) (j ωG 21-==（4—4）将频率特性测试仪内信号发生器产生的超低频正弦信号的频率从低到高变化，并施加于被测系统的输人端[r(t)]，然后分别测量相应的反馈信号[b(t)]和误差信号[e(t)]的对数幅值和相位。
频率特性测试仪测试数据经相关运算器后在显示器中显示。
根据式(4—3)和式(4—4)分别计算出各个频率下的开环对数幅值和相位，在半对数座标纸上作出实验曲线：开环对数幅频曲线和相频曲线。
根据实验开环对数幅频曲线画出开环对数幅频曲线的渐近线，再根据渐近线的斜率和转角频确定频率特性（或传递函数）。
所确定的频率特性（或传递函数）的正确性可以由测量的相频曲线来检验，对最小相位系统而言，实际测量所得的相频曲线必须与由确定的频率特牲(或传递函数)所画出的理论相频曲线在一定程度上相符，如果测量所得的相位在高频(相对于转角频率)时不等于 - 90°(q－p)[式中p和q分别表示传递函数分子和分母的阶次]，那么，频率特性(或传递函数)必定是一个非最小相位系统的频率特性。
实验四 系统频率特性测量(模拟实验)
实验四 系统频率特性测量一、实验目的1．加深了解系统及元件频率特性的物理概念。
2．掌握系统及元件频率特性的测量方法。
二、实验仪器1．EL-AT-II 型自动控制系统实验箱一台 2．计算机一台 三、实验原理 1．模拟电路图若输入信号U1（t ）=U1sin ωt,则在稳态时，其输出信号为U2（t ）=U2sin （ωt+ψ），改变输入信号角频率ω值，便可测得二组U2/U1和ψ随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。
图4-1为二阶系统的模拟电路图，它是由惯性环节、积分环节和比例环节组成。
图4-2为图4-1的方框原理图，图中23212112,,C R T C R T R R K ===。
图4-1 二阶系统的模拟电路图4-2 二阶系统原理图由图4-1求得二阶系统的闭环传递函数为：211221222112)()()(T T K T ss T T K Ks T s T T Ks U s U s ++=++==φ典型二阶系统的闭环传递函数为：2222)(nn ns s s ωζωωφ++= 对比可得：21T T K n =ω，K T T 124=ζ若令s T 2.01=，s T 5.01=，则K n 10=ω，K 625.0=ζ由上式可知，调节开环增益K 的值，就能同时改变系统阻尼比ζ和无阻尼自然频率n ω的值，我们可以改变k 的值，令系统处于稳定状态下。
当625.0>K ，10<<ζ，系统处于欠阻尼状态，当625.0=K ，1=ζ，系统处于临界阻尼状态， 当625.0<K ，1>ζ，系统处于过阻尼状态。
四、实验步骤1．连接被测量典型环节的模拟电路。
电路的输入U1接A/D 、D/A 卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D 、D/A 卡的AD1输入。
检查无误后接通电源。
2．启动计算机，在桌面双击图标 [自动控制实验系统] 运行软件。
3．测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。
实验4 系统的频率特性分析
Bode Diagram Gm = -18 dB (at 4.12 rad/s) , Pm = -44.4 deg (at 9.51 rad/s) 50
Magnitude (dB) Phase (deg)
0
-50
-100
-150 0
-90
-180
-270 10
-2
10
-1
10
0
10
1
10
2
10
3
Frequency (rad/s)
三、实验内容
1、已知系统开环传递函数为 G s = 1000 s 2 + 3s + 2 (s + 5)
绘制系统的 Nyquist 图，并讨论其稳定性。 实验代码及结果： >>num = [1000]; >>den = conv([1 3 2], [1 5]); >> sys1 = tf(num, den) Transfer function:
Wcp = 4.2337 可见，当 K = 20 时对应的闭环系统不稳定。
四、收获与体会
频率特性法具有直观、 容易测量的优点， 因而得到了广泛的应用。 本次试验通过具体系统的频率特性分析， 加深了对 Nyquist 稳定判据 以及系统相对稳定程度及参数——相位裕度和幅值裕度的理解。 同时 认识到开环增益 K 对系统的影响。 虽然增大 K 会带来比如系统稳态误 差减小这样的好处，但是这往往会影响到系统的闭环稳定性。
Magnitude (dB) Phase (deg)
50 0 -50 -100 -150 -90 -135 -180 -225 -270 10
-2
10
-1
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
实验四 系统频率特性测量
一、实验目的
1．加深了解系统及元件频率特性的物理概念。
2．掌握系统及元件频率特性的测量方法。
二、实验仪器
1．EL-AT-II 型自动控制系统实验箱一台 2．计算机一台 三、实验原理 1．模拟电路图
若输入信号U1（t ）=U1sin ωt,则在稳态时，其输出信号为U2（t ）=U2sin （ωt+ψ），改变输入信号角频率ω值，便可测得二组U2/U1和ψ随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。
图4-1为二阶系统的模拟电路图，它是由惯性环节、积分环节和比例环节组成。
图4-2为图4-1的方框原理图，图中2321211
2
,,C R T C R T R R K ===。
图4-1 二阶系统的模拟电路
图4-2 二阶系统原理图
由图4-1求得二阶系统的闭环传递函数为：
2
11
22
122
2112)()()(T T K T s
s T T K K
s T s T T K
s U s U s ++=++==
φ
典型二阶系统的闭环传递函数为：
2
2
22)(n
n n
s s s ωζωωφ++= 对比可得：21T T K n =ω，K T T 124=ζ
若令s T 2.01=，s T 5.01=，则K n 10=ω，K 625.0=ζ
由上式可知，调节开环增益K 的值，就能同时改变系统阻尼比ζ和无阻尼自然频率n ω的值，我们可以改变k 的值，令系统处于稳定状态下。
当625.0>K ，10<<ζ，系统处于欠阻尼状态，当625.0=K ，1=ζ，系统处于临界阻尼状态， 当625.0<K ，1>ζ，系统处于过阻尼状态。
四、实验步骤
1．连接被测量典型环节的模拟电路。
电路的输入U1接A/D 、D/A 卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D 、D/A 卡的AD1输入。
检查无误后接通电源。
2．启动计算机，在桌面双击图标 [自动控制实验系统] 运行软件。
3．测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。
如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。
测频率图
4．选中 [实验课题→系统频率特性测量→手动方式] 菜单项,鼠标单击将弹出参数设置窗口。
参数设置完成后点确认等待观察波形，如图4－4所示。
图4-4 手动方式测量波特图
测波特图
5. 在测量波特图的过程中首先应选择 [实验课题→系统频率特性测量→自动方式→数据采集] 采集信息。
如图4－5所示。
图4-5 数据采集
6. 待数据采样结束后点击 [实验课题→系统频率特性测量→自动方式→波特图观测] 即可以在显示区内显示出所测量的波特图。
测奈氏图
7．在测量波特图的过程中首先应选择 [实验课题→系统频率特性测量→自动方式→数据采集] 采集信息。
8．待数据采样结束后点击 [实验课题→系统频率特性测量→自动方式→奈氏图观测] 即可以在显示区内显示出所测量的奈氏图。
9．按表4-1所列频率，测量各点频率特性的实测值并计算相应的理论值。
五、实验报告
1．画出被测系统的结构和模拟电路图。
2．画出被测系统的开环)(ωL 曲线与)(ωφ曲线。
3．整理表中的实验数据，并算出理论值和实测值。
六、预习要求
1．阅读实验原部分，掌握利用实验软件进行频率特性测量的方法。
2．画出被测系统的开环 )(ωL 曲线与)(ωφ曲线。
3. 按表中给出格式选择几个频率点，算出各点频率特性的理论值。