自动控制原理实验-控制系统频率特性的测试..

实验四 控制系统频率特性的测试

1、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。

2、实验装置

（1）PC586微型计算机。

（2）自动控制实验教学系统软件。

3、实验步骤及数据处理

（1）首先确定被测对象模型的传递函数G （S ），根据具体情况，先自拟三阶

系统的传递函数，

)12)(1()(22221+++=

s T s T s T K

s G ξ，设置好参数K T T ,,,21ξ。 要求：1T 和2T 之间相差10倍左右，1T <2T 或2T <1T 均可，数值可在0.01秒

和10秒之间选择，ξ取0.5左右，K ≤10。

设置T1=0.1，T2=1，ξ =0.5，K=5。

（3）设置好各项参数后，开始作仿真分析，首先作幅频特性测试。

①根据所设置的1T ，2T 的大小，确定出所需频率范围（低端低于转折频率小者10倍左右，高端高于转折频率高者10倍左右）。

所需频率范围是：0.1rad/s 到100rad/s 。 ②参考实验模型窗口图，设置输入信号模块正弦信号的参数，首先设置正弦信号幅度Amplitude,例如设置Amplitude=1，然后设置正弦频率Frequency ，单位为rads/sec 。再设置好X 偏移模块的参数，调节Y 示波器上Y 轴增益，使在所取信号幅度下，使图象达到满刻度。 ③利用Y 示波器上的刻度（最好用XY 示波器上的刻度更清楚地观察），测试输入信号的幅值（用2m X 表示），也可以参考输入模块中设置的幅度，记录于表7--2中。此后，应不再改变输入信号的幅度。

④依次改变输入信号的频率（按所得频率范围由低到高即ω由小到大慢慢改变，特别是在转折频率处更应多测试几点，注意：每次改变频率后要重新启动Simulation|Start 选项，观察“李沙育图形” 读出数据），利用Y 示波器上的刻度（也可以用XY 示波器上的刻度更清楚地观察，把示波器窗口最大化，此时格数增多更加便于观察），测试输出信号的幅值（用2m Y 表示），并记录于表7--2

（本表格不够，可以增加）。注意：在转折频率，特别是11T 和21T 附近应多测几点。

由题意知传递函数的两个转折频率为1rad/s 和10rad/s,所以选取的频率为0.5rad/s 、0.7rad/s 、0.98rad/s 、0.99rad/s 、1rad/s 、1.2rad/s 、4rad/s 、7rad/s 、9rad/s 、9.8rad/s 、9.9rad/s 、10rad/s 、10.1rad/s 、10.2rad/s 、14rad/s 、20rad/s 、40rad/s 、80rad/s 、100rad/s

以下是在不同频率下李沙育图及幅频特性和相频特性的分析情况

(1)当ω=0.5rad/s 时，2Xm= 2 2Ym=2⨯5.515 Xm

Ym

22lg 20= 14.83 2y 0=2⨯3.3 ψ= 2Ym

2sin 1

y -= 36.75° 绕行方向：逆时针 如下图

图一

(2)当ω=0.7rad/s 时，2Xm= 2 2Ym=2⨯5.727 Xm

Ym

22lg 20= 15.16 2y 0=2⨯4.879 ψ= 2Ym

2sin 1y -= 58.42° 绕行方向：逆时针 如下图

图二

(3)当ω=0.98rad/s 时，2Xm= 2 2Ym=2⨯5.178 Xm

Ym

22lg 20= 14.28 2y 0=2⨯5.067 ψ= 2Ym

2sin 1

y -= 78.11° 绕行方向：逆时针 如下图

图三

(4)当ω=0.99rad/s 时，2Xm= 2 2Ym=2⨯4.428 Xm

Ym

22lg 20= 12.92 2y 0=2⨯4.226 ψ= 2Ym

2sin 1

y -= 72.627° 绕行方向：逆时针 如下图

图四

(5)当ω=1rad/s 时，2Xm= 2 2Ym=2⨯4.983 Xm

Ym

22lg 20= 13.95 2y 0=2⨯4.933 ψ= 180-2Ym

2sin 1

y -= 98.13° 绕行方向：逆时针 如下图

图五

(6)当ω=1.2rad/s 时，2Xm= 2 2Ym=2⨯3.872 Xm

Ym

22lg 20= 11.759 2y 0=2⨯3.434 ψ= 180-2Ym

2sin 1

y -= 117.52° 绕行方向：逆时针 如下图

图六

(7)当ω=4rad/s 时，2Xm= 2 2Ym=2⨯0.298 Xm

Ym

22lg

20= -10.52

2y 0=2⨯0.03535 ψ=180 -2Ym

2sin 1

y -= 173.19° 绕行方向：顺时针 如下图

图七

(8)当ω=7rad/s 时，2Xm= 2 2Ym=2⨯0.0845 Xm

Ym

22lg 20= -21.46 2y 0=2⨯0.0377 ψ= 180-2Ym

2sin 1

y -=153.5° 绕行方向：顺时针 如下图

图八

(9)当ω=9rad/s 时，2Xm= 2 2Ym=2⨯0.046 Xm

Ym

22lg 20= -26.74 2y 0=2⨯0.0268 ψ= 180-2Ym

2sin 1

y -= 144.37° 绕行方向：顺时针 如下图

图九