频率特性的测试
系统频率特性的测试1
系统频率特性的测试1简介在电子电路中,系统频率特性是非常重要的性能参数之一。
系统频率特性指的是系统对输入信号频率的响应能力,通俗地说,就是系统对于不同频率的信号的处理能力。
在设计一些高精度和高性能的电路的时候,对系统频率特性的测试就显得非常重要。
在本文中,我们将介绍常见的系统频率特性测试方法,并针对其中的一种方法进行详细的介绍。
常见系统频率特性测试方法Bode图法Bode图法是一种基于频率响应的方法,用于描述系统对输入信号频率的响应能力。
它通常通过Bode图来表示被测系统的频率特性。
Bode图是以频率为横轴、输入输出响应幅值比或相位差为纵轴的图形。
具体来说,Bode图法首先将被测系统激励输入电路,然后通过测量输出信号幅值和相位与输入信号的相对大小和差距来构建图形。
频率响应测试法频率响应测试法是一种基于一个频率输入信号测量系统的输出响应的方法。
具体操作过程是,选取一个频率范围作为输入信号,然后将各个频率的输入信号作为输入,测量对应的输出信号以得到系统的频率响应。
这种方法会输出一个基于不同频率的幅值和相位差的表格,以及对应的曲线图。
载频测试法又称为亚细分测试法,通过选取不同的载频对被测系统进行激励,测量电路的响应电流进行测试。
在实际的应用中,亚细分测试法可以用来评估系统处理高频信号和噪音的能力。
系统频率特性测试方法之一:Bode图法测试过程Bode图法将被测系统激励输入电路,随后测量输出电路随频率变化的幅值和相位,将结果用Bode图进行展示。
具体的测试步骤如下:1.激励输入电路。
在实际测试中,往往选取的是一个正弦波作为输入信号,将其施加到被测系统中。
2.测量输出信号的幅值和相位。
使用输入信号激励电路后,使用测量设备测量输出信号随时间变化的幅值和相位。
3.用Bode图展示幅值和相位的变化。
将得到的幅值和相位数据绘制成Bode图,用以表示对应信号频率下的系统响应能力。
Bode图的意义Bode图在系统性能测试中起着非常重要的作用。
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。
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)(y tω为纵轴,而以tω作为参变量,则随tω的变xω为横轴,以)(t化,)(y tω?所确定的点的轨迹,将在 x--y平面上描绘出一条封闭的xω和)(t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。
频率特性实验报告
频率特性实验报告频率特性实验报告引言:频率特性是描述信号在不同频率下的响应性能的重要指标。
在电子领域中,频率特性实验是非常常见的实验之一。
本文将介绍频率特性实验的目的、实验原理、实验步骤以及实验结果的分析。
一、实验目的:频率特性实验的目的是研究电路或系统在不同频率下的响应特性,了解信号在不同频率下的传输和滤波性能。
通过实验,可以掌握频率特性的测试方法和实验技巧,提高实验操作能力和数据处理能力。
二、实验原理:频率特性实验通常涉及到信号的输入和输出,以及信号的幅度和相位响应。
在实验中,常用的测试仪器有函数发生器、示波器和频谱分析仪。
1. 函数发生器:用于产生不同频率的信号作为输入信号。
可以调节函数发生器的频率、幅度和波形等参数。
2. 示波器:用于观测电路或系统的输入和输出信号波形。
示波器可以显示信号的幅度、相位和频率等信息。
3. 频谱分析仪:用于分析信号的频谱成分。
频谱分析仪可以显示信号在不同频率下的幅度谱和相位谱。
实验步骤:1. 准备实验所需的仪器和器材,包括函数发生器、示波器和频谱分析仪。
2. 连接电路或系统,将函数发生器的输出信号连接到被测电路或系统的输入端,将示波器或频谱分析仪连接到电路或系统的输出端。
3. 设置函数发生器的频率和幅度,选择适当的波形。
4. 调节示波器或频谱分析仪的参数,观测信号的波形和频谱。
5. 重复步骤3和步骤4,改变函数发生器的频率,记录不同频率下的信号波形和频谱。
实验结果分析:根据实验记录的信号波形和频谱数据,可以进行以下分析:1. 幅度响应:通过观察信号的幅度谱,可以了解电路或系统在不同频率下信号的衰减或增益情况。
如果幅度谱在不同频率下保持不变,则说明电路或系统具有平坦的幅度响应特性。
如果幅度谱在某些频率点出现峰值或谷值,则说明电路或系统对该频率具有增益或衰减。
2. 相位响应:通过观察信号的相位谱,可以了解电路或系统在不同频率下信号的相位变化情况。
相位谱可以显示信号的相位延迟或提前。
自控实验典型环节频率特性的测试
实验三 典型环节频率特性的测试一、实验目的1. 掌握典型环节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传递函数。
二、实验设备:TKKL-1实验箱一台,超低频示波器一台。
三、实验内容1. 惯性环节的频率特性测试。
2. 由实验测得的频率特性曲线求传递函数。
四、实验原理1. 系统的频率特性一个稳定的线性系统,在正弦信号作用下,它的稳态输出是与输入信号同频率的正弦信号,振幅与相位一般与输入信号不同。
测取不同频率下系统的输出、输入信号的幅值比和相位差,即可求得这个系统的幅频特性和相频特性。
设输入信号t X t x m ωωsin )(=,那么输出信号为)sin()()sin()(ϕωωϕωω+=+=t j G Xm t Y t y m 。
幅频特性 XmYm j G =)(ω, 相频特性)()(ωϕω=∠j G2. 频率特性测试——李沙育图形法将)(t x ω、)(t y ω分别输入示波器的X 、Y 轴,可得如下李沙育图形如图5-1。
①幅频特性测试:由 mm m m X Y X Y j G 22)(==ω,有 m mX Y A L 22lg 20)(lg 20)(==ωω〔dB 〕改变输入信号的频率,即可测出相应的幅值比,测试原理示意图如图5-2。
. 图5-1 李沙育图形 图5-2 幅频特性测试图②相频特性测试:⎩⎨⎧+==)sin()(sin )(ϕωωωωt Y t y t X t x m m , 当0=t ω时,⎩⎨⎧==ϕsin )0(0)0(m Y y xf(Hz) 1234567891011121214152Ym 〔V 〕 2Xm 〔V 〕 2Ym/2Xm20lg(2Ym/2Xm)ω有mm Y y Y y 2)0(2sin )0(sin )(11--==ωϕ 其中,)0(2y 为椭圆与Y 轴相交点间的长度, 上式适用于椭圆的长轴在一、三象限;当椭圆的 长轴在二、四象限时相位ϕ的计算公式变为图5-3相频特性测试图(李沙育法)相频特性记录表3. 惯性环节:电路如图5-4,传递函数为102.011)()()(+=+==s Ts K s u s u s G i o 假设取C=0.1uF ,R 1=100K ,R 2=200K ,那么系统的转折频率为T f T π2/1==7.96Hz 。
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。
频率特性测试方法
频率特性测试的知识准备
制作频率特性测试仪需要准备的知识可分为下述两类: 一,理解网络频率特性的概念,理论,力求了解较多的频率特性测试方 法,各种方法的特点和它们适用的频率范围和适应对象。有关知识可参 考电路分析和信号与系统类的书藉。 二,从电子工程技术方面,需要了解频率特性测试方法和频率特性测试 仪的有关知识,如频率逐点步进测试和扫频法测试的具体方法步骤,所 需要的仪器设备,专用的频率特性测试仪,如网络分析仪和扫频仪的功 能,种类,特点,方案构成,主要性能指标等。用于不同频率范围的频 率特性测试仪,其实施方案往往大不相同。本题要求制作一个100Hz— 100kHz的频率特性测试仪,属于低频频率特性测试仪,应对构成低频 频率特性测试仪的各种方案有所了解。扫频仪和网络分析仪是专门用于 网络频率特性分析的仪器,扫频信号源和频率合成信号源是其中的关键 技术,应有足够的了解。
对于单输入单输出的二端口网络系统可以通过传输特性和反射特性来描述对于低频电路网络我们只关心电路系统的传输特性它可以用传递函数hs来描述系统的传递函数hs可以通过输入和零状态响应输出来求得无需知道网络内部结构和参数等信息
频率特性测试
东南大学 无线电系 束海泉
Tel:83792479 Email: shq@
频率特性的概念及应用
• 电路系统的性能描述
– 时域 – 频域 – 内部状态的描述------电路定律 – 性能的外部描述------信号与系统理论
频率特性的概念
频率特性是以频率为变量描述系统特性的一种图示方法。频率特性测试 仪用于系统的频率特性测试。频率特性测试方法是一种获得网络频率特性的 实验方法。我们知道,当网络系统的电路结构和电路中的元件参数已知时, 可以根据电路分析的方法,求得电路中各个状态变量,获得关于电路系统的 完整信息。而在很多情况下,无法知道电路的详细结构,或无法获得电路中 各个元件的准确参数,即所要分析的电路系统是属于“黑箱”或“灰箱”问 题。对于单输入单输出的二端口网络系统,可以通过传输特性和反射特性来 描述,对于低频电路网络,我们只关心电路系统的传输特性,它可以用传递 函数H(s)来描述,系统的传递函数H(s)可以通过输入和零状态响应输出来求 得,无需知道网络内部结构和参数等信息。实际上,我们只需考察s沿轴变 化时的H(jω),这就是系统的频率特性,它是H(s)的一种以频率为变量的图形 描述方法,有着明显的物理意义,是实际中应用最多的系统特性的表示形式。 由于采用这种描述时,无须知道网络内部结构和参数等信息,只需知道系统 的输入与输出,而系统的输入输出又是可以通过测量来得到的,因而频率特 性H(jω)有着重要的理论和实用价值,在工程实践和科学实验中都有着广泛 的应用。通过测量网络的输入和输出经计算得到网络的H(jω)的方法,就是 获得频率特性的实验测试方法。频率特性测试仪即为用于频率特性测试的仪 器。
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。
11.频率特性测试仪实验报告
频率特性测试仪实验报告实验目的:1、了解频率特性测试仪的工作原理2、学会设计一个双T被测网络,并且能够达到所给要求3、了解频率特性测试仪设计的整体系统设计,以及各子系统设计的方案思路4、掌握频率特性测试仪的信号源产生方法,并能够设计DDS信号源电路5、掌握频率测试仪的检波显示原理并能够设计一个符合要求的峰值检波器。
实验原理:频率测试仪就是一个扫频仪,它体现的是输出电压随频率变化的关系。
它是根据扫频法的测量原理设计而成的,就是将扫频信号源和示波器的X-Y显示功能结合在一起,用示波管直接显示被测二端网络的频率特性曲线,是描绘网络传递函数的仪器。
频率特性测试仪组成框图扫频仪有一个输出端口和一个输入端口:输出端口输出等幅扫频信号,作为被测网络的输入测试信号;输入端口接收被测网络经检波后的输出信号。
可见,在测试时频率特性测试仪与被测网络构成了闭合回路。
一个频率测试仪应该有三个部分组成:信号源、被测网络和检波及显示部分。
扫频信号源:频率由低到高或由高到低变化的正弦波振荡源,称为扫频。
频率的变化可以是连续的,也可以是步进式的。
扫频信号的幅度、扫频的频率变化范围可以方便地控制。
扫频的速度与测量仪的其他部分的工作同步。
扫频信号源在扫频过程中,通过采用ALC(自动电平控制)技术使幅度保持一致(可视为恒等于1),这样,可省去对输入激励信号的幅度测量和求输出输入幅度比值的运算。
信号源的产生方法有多种,按需要可做成点频(连续波CW),频率自动步进(STEP),频率连续变化(扫频SWEEP)等形式。
采用锯齿波电压作为压控扫频振荡器(VCO)的控制量,同时用作显示的X 轴扫描电压以达到扫频和曲线显示的同步。
标量网络分析仪只作幅频测量,而矢量网络分析仪还作相频特性测量。
网络分析仪对信号源的质量要求比扫频仪高,通常采用频率合成器作为扫描源,合成器的频率由数字量控制。
常见的扫频信号产生方法:压控振荡(VCO ),函数发生器、锁相环(PLL :Phase Lock Loop )频率合成器、直接数字频率合成或直接数字合成(DDFS ,或DDS )和PLL+DDS本题属低频测试系统,DDS 信号源和8038芯片制作的VCO 信号源(反馈稳频或PLL )都可以采用。
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。
实验三 频率特性曲线测试
1364957203实验三 频率特性曲线测试3.2.3 二阶闭环系统的频率特性曲线一.实验目的1. 了解和掌握二阶闭环系统中的对数幅频特性)(ωL 和相频特性)(ωϕ,实频特性)Re(ω和虚频特性)Im(ω的计算。
2. 了解和掌握欠阻尼二阶闭环系统中的自然频率ωn 、阻尼比ξ对谐振频率ωr 和谐振峰值L(ωr )的影响及ωr 和L(ωr ) 的计算。
3. 观察和分析欠阻尼二阶开环系统的谐振频率ωr 、谐振峰值L(ωr ),并与理论计算值作比对。
4. 改变被测系统的电路参数,画出闭环频率特性曲线,观测谐振频率和谐振峰值,填入实验报告。
二.实验内容及步骤1.被测系统模拟电路图的构成如图3-2-3所示,观测二阶闭环系统的频率特性曲线,测试其谐振频率r ω、谐振峰值)(r L ω。
2.改变被测系统的各项电路参数,画出其系统模拟电路图,及闭环频率特性曲线,並计算和测量系统的谐振频率r ω及谐振峰值)(r L ω,填入实验报告。
图3-2-3 二阶闭环系统频率特性测试电路实验步骤:(1)将数/模转换器(B2)输出OUT2作为被测系统的输入。
(2)构造模拟电路:按图3-2-3安置短路套及测孔联线,表如下。
(a )安置短路套 (b )测孔联线(3)运行、观察、记录:①将数/模转换器(B2)输出OUT2作为被测系统的输入,运行LABACT程序,在界面的自动控制菜单下的线性控制系统的频率响应分析实验项目,选择二阶系统,就会弹出‘频率特性扫描点设置’表。
在该表中用户可根据自己的需要填入各个扫描点频率(本实验机选取的频率值f,以0.1Hz 为分辨率),如需在特性曲线上标注显示某个扫描点的角频率ω、幅频特性L(ω)或相频特性φ(ω),则可在该表的扫描点上方小框内点击一下(打√)。
设置完后,点击确认后将弹出虚拟示波器的频率特性界面,点击开始,即可按‘频率特性扫描点设置’表规定的频率值,实现频率特性测试。
②测试结束后(约十分钟),可点击界面下方的“频率特性”选择框中的任意一项进行切换,将显示被测系统的闭环对数幅频、相频特性曲线(伯德图)和幅相曲线(奈奎斯特图)。
频率特性的测量实验报告
课程名称: 控制理论乙 指导成绩:实验名称: 频率特性的测量 实验类型:同组学生__ 一、实验目的和要求〔必填〕二、实验内容和原理〔必填〕 三、主要仪器设备〔必填〕四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析〔必填〕 七、讨论、心得 一、实验目的和要求1.掌握用李沙育图形法,测量各典型环节的频率特性;2.根据所测得的频率特性,作出伯德图,据此求得环节的传递函数. 二、实验内容和原理1.实验内容〔1〕R-C 网络的频率特性.图5-2为滞后--超前校正网络的接线图,分别测试其幅频特性和相频特性. 〔2〕闭环频率特性的测试被测的二阶系统如图5-3所示,图5-4为它的模拟电路图. 取参考值051R K =,1R 接470K 的电位器,2510R K =,3200R K =2.实验原理对于稳定的线性定常系统或环节,当其输入端加入一正弦信号()sin m X t X t ω=,它的稳态输出是一与输入信号同频率的正弦信号,但其幅值和相位随着输入信号频率ω的改变而改变.输出信号为其中()mmY G j X ω=,()arg ()G j ϕωω= 只要改变输入信号的频率,就可以测得输出信号与输入信号的幅值比()G j ω和它们的相位差()ϕω.不断改变()x t 的频率,就可测得被测环节〔系统〕的幅频特性和相频特性. 本实验采用李沙育图形法,图5-1为测试的方框图在表〔1〕中列出了超前于滞后时相位的计算公式和光点的转向.表中 02Y 为椭圆与Y 轴交点之间的长度,02X 为椭圆与X 轴交点之间的距离,m X 和m Y 分别为()X t 和()Y t 的幅值.三、主要仪器设备1.控制理论电子模拟实验箱一台; 2.慢扫描示波器一台;3. 任意函数信号发生器一台; 4.万用表一只. 四、操作方法和实验步骤 1.实验一〔1〕根据连接图,将导线连接好〔2〕由于示波器的CH1已经与函数发生器的正极相连,所以接下来就要将CH2接在串联电阻电容上,将函数发生器的正极接入总电路两端,并且示波器和函数发生器的黑表笔连接在一起接地.〔3〕调整适当的扫描时间,将函数发生器的幅值定为5V 不变,然后摁下扫描时间框中的menu,点击从Y-t变为X-Y显示.〔4〕改变函数发生器的频率,记录数据与波形.2.实验二:基本与实验一的实验步骤相同.五、实验数据记录和处理1.实验结果分析〔1〕实验一根据测得的数据,并经过一系列计算之后,得到的实验一幅频相频特性曲线如图所示:实验一幅频特性曲线〔实验〕实验一相频特性曲线〔实验〕通过运用公式理论计算得到的曲线如下图所示:实验一幅频特性曲线〔计算〕实验一相频特性曲线〔计算〕通过matlab仿真所得实验一中的幅频相频特性曲线如下图所示:由此可以看出,所测并计算之后得到的幅频特性曲线与相频特性曲线和公式计算结果所得到的曲线非常相近,并且与通过matlab仿真得到的波特图之间的差距很小,但仍然存在一定误差.(2)实验二根据测得的实验结果,在matlab上绘制幅频特性曲线图如下图所示:实验二幅频特性曲线〔实验〕实验二相频特性曲线〔实验〕根据计算结果,在matlab上绘制幅频曲线如下图所示实验二幅频特性曲线〔计算〕实验二相频特性曲线〔计算〕通过matlab程序仿真得到的幅频与相频曲线如下图所示:由上图分析可以得到,实验所测得到的幅频特性曲线与计算结果得到的曲线几乎一样,并且与matlab仿真的波特图非常相近.但是实验所测得到的相频特性曲线虽然和计算结果得到的曲线较为温和,但是却与matlab 仿真得到的相频曲线有着非常大的差别.这一点的主要原因为:...2.实验误差分析本次实验的误差相对于其他实验的误差而言比较大,主要原因有以下几点:(1)示波器读取幅值的时候,由于是用光标测量,观测到的误差相对来说非常大,尤其是当李萨如图像与x 轴的交点接近于零的时候,示波器的光标测量读数就非常困难了.(2)在调整函数发生器的频率过程中,由于示波器的李萨如图像模型对于横坐标扫描时间的要求,导致当频率增加的时候,可观测的点寥寥无几.只能用display里面的连续记录显示功能来记录波形.这样记录下来的波形,由于本身点走动的时候带有一定厚度,导致记录波形的宽度非常大,并且亮度基本一致,无法判断曲线边界的具体值,造成的误差也是非常大的.(3)在绘制曲线过程中,由于测量数据点有限,而造成绘制曲线与计算值存在一定误差.(4)本次实验的计算量非常繁琐且冗杂,对于实验误差的影响也是非常大的.(5)电阻和电容等非理想元件造成的误差3.思考题(1)在实验中如何选择输入的正弦信号的幅值?解:先将频率调到很大,再是信号幅值应该调节信号发生器的信号增益按钮,令示波器显示方式为信号-时间模式,然后观测输出信号,调节频率,观察在各个频段是否失真.(2)测试频率特性时,示波器Y轴输入开关为什么选择直流?便于读取数据,使测量结果更加准确.(3)测试相频特性时,若把信号发生器的正弦信号送入Y轴,被测系统的输出信号送入X轴,则根据椭圆光点的转动方向,如何确定相位的超前和迟后?若将输入和输出信号所在的坐标轴变换,则判断超前和滞后的办法也要反过来,即顺时针为滞后,逆时针为超前.七、讨论、心得1.在实验过程中,一定要耐心仔细,因为可能会出现李萨如图像与光轴的两个交点非常接近于原点,由于曲线本身的宽度,造成的视觉误差会非常大.所以在用光标测量数据的时候,一定要非常仔细耐心,尽可能让误差降到最小.2.在实验过程中,随着频率的增加,李萨如图像的显示光点也会随之减少,这个时候一定要适当调节扫描时间,尽量往小调,让扫描光点增加,形成比较完整的曲线,以便于测量与观察.3.在做第二个实验的时候,即使扫描时间已经调到了最小,仍然无法看见完整的曲线,这时,需要摁下示波器上display按钮,然后点击是否记录轨迹,然后就可以让点完整清晰地将曲线还原回来,从而减小误差.4.在计算过程中,注意认真仔细.计算量繁杂,容易导致计算错误,可以多设几个变量来解决.5.在绘制曲线过程中,如果直接用角速度w的话,有可能会出现小频率的点比较密集,大频率的点比较疏松,得到的曲线误差比较大,并且并不美观.当数据相差较大时,我采用了将横坐标求对数之后,再将新得到的数据作为横坐标绘制图像,则实验图像变得非常美观和清晰,并且具有说服力.6.通过本次实验,我了解到了频率特性测量的方法以与怎样求幅频特性|G<w>|和相频特性φ<w>的值,并且通过将自己实验所得曲线、实际计算曲线与matlab仿真之间的对比,将理论、实践、仿真融为一体,使我更加加深了频率响应曲线的认识.这样的方法,在以后的学习过程中,会应用的更加广泛,并且具有非常深远的意义.。
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。
实验三频率特性曲线测试
03实验三 频率特性曲线测试3.2.3 二阶闭环系统的频率特性曲线一.实验目的1. 了解和把握二阶闭环系统中的对数幅频特性)(ωL 和相频特性)(ωϕ,实频特性)Re(ω和虚频特性)Im(ω的计算。
2. 了解和把握欠阻尼二阶闭环系统中的自然频率ωn 、阻尼比ξ对谐振频率ωr 和谐振峰值L(ωr )的阻碍及ωr 和L(ωr ) 的计算。
3. 观看和分析欠阻尼二阶开环系统的谐振频率ωr 、谐振峰值L(ωr ),并与理论计算值作比对。
4. 改变被测系统的电路参数,画出闭环频率特性曲线,观测谐振频率和谐振峰值,填入实验报告。
二.实验内容及步骤1.被测系统模拟电路图的组成如图3-2-3所示,观测二阶闭环系统的频率特性曲线,测试其谐振频率r ω、谐振峰值)(r L ω。
2.改变被测系统的各项电路参数,画出其系统模拟电路图,及闭环频率特性曲线,並计算和测量系统的谐振频率r ω及谐振峰值)(r L ω,填入实验报告。
图3-2-3 二阶闭环系统频率特性测试电路实验步骤:(1)将数/模转换器(B2)输出OUT2作为被测系统的输入。
(2)构造模拟电路:按图3-2-3安置短路套及测孔联线,表如下。
(a )安置短路套 (b )测孔联线 模块号 跨接座号 1 A1 S4,S8 2 A2 S2,S11,S12 3 A3 S8,S9 5A6S2,S61 信号输入 B2(OUT2) →A1(H1)2 运放级联 A1(OUT )→A2(H1)3 运放级联 A3(OUT )→A6(H1)4 负反馈 A3(OUT )→A1(H2) 6 相位测量A6(OUT )→ A8(CIN1) 7A8(COUT1)→ B8(IRQ6)(3)运行、观看、记录:①将数/模转换器(B2)输出OUT2作为被测系统的输入,运行LABACT程序,在界面的自动操纵菜单下的线性操纵系统的频率响应分析实验项目,选择二阶系统,就会弹出‘频率特性扫描点设置’表。
在该表顶用户可依照自己的需要填入各个扫描点频率(本实验机选取的频率值f,以为分辨率),如需在特性曲线上标注显示某个扫描点的角频率ω、幅频特性L(ω)或相频特性φ(ω),那么可在该表的扫描点上方小框内点击一下(打√)。
实验三 典型环节(或系统)的频率特性测量
实验三 典型环节(或系统)的频率特性测量一.实验目的1.学习和掌握测量典型环节(或系统)频率特性曲线的方法和技能。
2.学习根据实验所得频率特性曲线求取传递函数的方法。
二.实验内容1.用实验方法完成一阶惯性环节的频率特性曲线测试。
2.用实验方法完成典型二阶系统开环频率特性曲线的测试。
3.用软件仿真方法求取一阶惯性环节频率特性和典型二阶系统开环频率特性,并与实验所得结果比较。
三、实验原理及说明1.实验用一阶惯性环节传递函数参数、电路设计及其幅相频率特性曲线:对于1)(+=Ts Ks G 的一阶惯性环节,其幅相频率特性曲线是一个半圆,见图3.1。
取ωj s =代入,得)()(1)(ωϕωωωj e r T j Kj G =+=(3-2-1)在实验所得特性曲线上,从半园的直径(0)r ,可得到环节的放大倍数K ,K =(0)r 。
在特性曲线上取一点k ω,可以确定环节的时间常数T ,kk tg T ωωϕ)(-=。
(3-2-2)实验用一阶惯性环节传递函数为12.01)(+=s s G ,其中参数为R 0=200K Ω,R 1=200K Ω,C=1uF ,参数根据实验要求可以自行搭配,其模拟电路设计参阅下图3.2。
在进行实验连线之前,先将U13单元输入端的100K 可调电阻顺时针旋转到底(即调至最大),使输入电阻R 0的总阻值为200K;其中,R1、C1在U13单元模块上。
U8单元为反相器单元,将U8单元输入端的10K 可调电阻逆时针旋转到底(即调至最小),使输入电阻R 的总值为10K;注明:所有运放单元的+端所接的100K 、10K 电阻均已经内部接好,实验时不需外接。
图3.22.实验用典型二阶系统开环传递函数参数、电路设计及其幅相频率特性曲线:对于由两个惯性环节组成的二阶系统,其开环传递函数为12)1)(1()(2221++=++=Ts s T Ks T s T K s G ξ )1(≥ξ 令上式中 s j ω=,可以得到对应的频率特性 )(22)(12)(ωϕωωξωωj e r T j T Kj G =++-=二阶系统开环传递函数的幅相频率特性曲线,如图所示。
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)。
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汕 头 大 学 实 验 报 告
频率特性的测试
一、 实验目的
用信号发生器和示波器测量被测系统的频率特性
二、 实验仪器
TKKL-1控制理论实验箱1台、TDS1001B 数字存储示波器1台、万用表1只
三、实验原理
对于稳定的定常系统或环节,当其输入端加入一正弦信号X(t)=XmSin ωt ,它的稳
态输出是一与输入信号同频率的正弦信号,但其幅值和相位将随着输入信号的频率ω的变化而变化。
即输出信号为Y (t )=Ym Sin(ωt+ϕ)= Xm|G(j ω)|Sin(ωt+ϕ),其中|G(j ω)|=
Xm
Ym
, ϕ (ω)=argG(j ω) 所以,只要改变输入信号x(t)的频率ω,就可测得输出信号与输入信号的幅值比 |G(j w)|和它们的相位ϕ(ω)=argG(j ω)。
不断改变x(t)的频率,就可测得被测环节的幅 频特性|G(j ω)|和相频特性ϕ(ω)。
本实验通过使用示波器分别测量输入信号及输出信号的幅值及相位关系,实现对幅 频特性及相频特性进行测量。
四、实验内容及步骤
1、本实验准备测量二阶系统的闭环频率特性(二阶系统可K=200/51,T1=0.02,T2=0.051,
也可根据需要自己选择)。
2、画出要测量的二阶系统的方框图及模拟电路图。
3、计算所设计的二阶系统的频率特性的理论值,确定要测量的关键点的频率及要测
量的频率范围,设计好实验记录表格。
4、完成实验并记录相关实验数据,验证数据的合理性。
5、二阶系统的输入信号可采用实验箱上的正弦波信号发生器的输出信号,信号的幅值及频率可以通过电位器进行调节,信号的频率可以采用实验箱上的频率计进行测量。
五、实验图和数据
1、理论计算结果
理论值可由MATLAB 求得,MATLAB 文本为
clear
n=3844.68;d=[1 50 3844.68]; w=logspace(-1,3,100); [G,P,w]=bode(n,d,w); [Mr,k]=max(G);
Mr=20*log10(Mr),Wr=w(k) %求谐振峰值和谐振频率 n=1;while 20*log10(G(n))>=-3;n=n+1;end Wb=w(n) %求截止频率
其运行结果为Mr=2.6397,Wr=50.9414,Wb=89.0215。
则理论值为频带宽度1
89.0215b s ω-=,
谐振频率1
50.9414r s ω-=及谐振峰值 2.6397
20
10
1.3551r M ==。
3、数据分析:
峰值:1.42/1.3551-1=4.8% 频率:63.23/50.94-1=24%
不用分析频带宽都可知道数据相差过大,实验读书误差或者仪器误差等多种原因。
比如8.11中的ω有t 和f 决定,t 读书稍有误差就会使得频率偏差很大。
六、思考题
所设计的二阶系统为什么会谐振?你是如何用实验确定谐振频率和谐振峰值的?
答: 00.401ξ≤=<,所以会谐振。
改变输入频率,并观察示波器上的波形来确定谐振频率和谐振峰值。
七、实验心得
通过实验对频率特性的理论知识有了更进一步的了解,同时增加了我们的实践能力,很好的培养了我们如何理论应用于实际的能力。