实验三以单频正弦信号为激励测量系统频率响应
自控实验报告三线性系统的频率响应分析
实验三线性系统的频率响应分析一、实验目的1.掌握波特图的绘制方法及由波特图來确定系统开环传函。
2.掌握实验方法测量系统的波特图。
二、实验设备PC机一台，TD-ACC+（或TD-ACS）教学实验系统一套。
三、实验原理及内容（一）实验原理1.频率特性当输入正弦信号时，线性系统的稳态响应具有随频率（3由0变至8 ）而变化的特性。
频率响应法的基本思想是：尽管控制系统的输入信号不是正弦函数，而是其它形式的周期函数或非周期函数，但是实际上的周期信号都能满足狄利克莱条件，可以用富氏级数展开为各种谐波分量：而非周期信号也可以使用富氏积分表示为连续的频谱函数。
因此，根据控制系统对正弦输入信号的响应，可推算出系统在任意周期信号或非周期信号作用下的运动情况。
2.线性系统的频率特性系统的正弦稳态响应具有和正弦输入信号的幅值比io）（ju））i和相位差za）（ju））Ki角频率（3由0变到3）变化的特性。
而幅值比|①（ju））|和相位差Z（D（ju））恰好是函数①（jo））的模和幅角。
所以只要把系统的传递函数①⑸,令S=ju＞即可得到①（ju＞）。
我们把①（加）称为系统的频率特性或频率传递函数。
当0）由0到8变化时，|®（ju＞）|随频率3的变化特性成为幅频特性，ZQ（ju））随频率U）的变化特性称为相频特性。
幅频特性和相频特性结合在一起时称为频率特性。
3.频率特性的表达式（1）对数频率特性：乂称波特图，它包括对数幅频和对数相频两条曲线，是频率响应法中广泛使用的一组曲线。
这两组曲线连同它们的坐标组成了对数坐标图。
对数频率特性图的优点：①它把各串联环节幅值的乘除化为加减运算，简化了开环频率特性的计算与作图。
②利用渐近直线來绘制近似的对数幅频特性曲线，而且对数相频特性曲线具有奇对称于转折频率点的性质，这些可使作图大为简化。
③通过对数的表达式，可以在一张图上既能绘制出频率特性的中、高频率特性，乂能清晰地画出其低频特性。
《自动控制原理》实验3.线性系统的频域分析
《自动控制原理》实验3.线性系统的频域分析实验三线性系统的频域分析一、实验目的1．掌握用MATLAB语句绘制各种频域曲线。
2．掌握控制系统的频域分析方法。
二、基础知识及MATLAB函数频域分析法是应用频域特性研究控制系统的一种经典方法。
它是通过研究系统对正弦信号下的稳态和动态响应特性来分析系统的。
采用这种方法可直观的表达出系统的频率特性，分析方法比较简单，物理概念明确。
1．频率曲线主要包括三种：Nyquist图、Bode图和Nichols图。
1）Nyquist图的绘制与分析MATLAB中绘制系统Nyquist图的函数调用格式为：nyquist(num,den) 频率响应w的范围由软件自动设定 nyquist(num,den,w) 频率响应w的范围由人工设定[Re,Im]= nyquist(num,den) 返回奈氏曲线的实部和虚部向量，不作图2s?6例4-1：已知系统的开环传递函数为G(s)?3，试绘制Nyquists?2s2?5s?2图，并判断系统的稳定性。
num=[2 6]; den=[1 2 5 2]; nyquist(num,den)极点的显示结果及绘制的Nyquist图如图4-1所示。
由于系统的开环右根数P=0，系统的Nyquist曲线没有逆时针包围（-1，j0）点，所以闭环系统稳定。
p =-0.7666 + 1.9227i -0.7666 - 1.9227i -0.4668图4-1 开环极点的显示结果及Nyquist图若上例要求绘制??(10?2,103)间的Nyquist图，则对应的MATLAB语句为：num=[2 6]; den=[1 2 5 2];w=logspace(-1,1,100); 即在10-1和101之间，产生100个等距离的点nyquist(num,den,w)2）Bode图的绘制与分析系统的Bode图又称为系统频率特性的对数坐标图。
Bode图有两张图，分别绘制开环频率特性的幅值和相位与角频率?的关系曲线，称为对数幅频特性曲线和对数相频特性曲线。
频域特性测试实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 理解频域特性测试的基本原理和方法。
2. 掌握使用频域特性分析方法评估系统性能。
3. 通过实验验证频域特性测试在控制系统设计中的应用。
二、实验原理频域特性测试是一种分析线性系统动态特性的方法。
通过向系统施加正弦信号，并测量其稳态响应，可以得到系统的幅频特性和相频特性。
这些特性可以用来评估系统的稳定性、响应速度、带宽等性能指标。
三、实验设备1. 微型计算机2. 自动控制实验教学系统软件3. 正弦信号发生器4. 双线示波器5. 数据采集卡四、实验步骤1. 搭建实验系统：根据实验要求，搭建实验系统，包括被测系统、信号发生器、示波器和数据采集卡。
2. 设置实验参数：设置正弦信号发生器的频率、幅度和相位，以及示波器的采样率等参数。
3. 施加正弦信号：通过信号发生器向被测系统施加正弦信号。
4. 测量响应：使用示波器或数据采集卡测量被测系统的稳态响应。
5. 分析频域特性：根据测量到的响应数据，使用频域分析方法计算系统的幅频特性和相频特性。
6. 绘制频域特性曲线：将计算得到的幅频特性和相频特性绘制成曲线。
7. 分析系统性能：根据频域特性曲线分析系统的稳定性、响应速度、带宽等性能指标。
五、实验结果与分析1. 幅频特性：幅频特性曲线显示了系统在不同频率下的增益变化。
通过观察幅频特性曲线，可以判断系统的带宽和稳定性。
2. 相频特性：相频特性曲线显示了系统在不同频率下的相位变化。
通过观察相频特性曲线，可以判断系统的相位裕度和增益裕度。
3. 系统性能分析：根据实验结果，分析系统的稳定性、响应速度、带宽等性能指标。
六、实验总结通过本次实验，我们掌握了频域特性测试的基本原理和方法，并学会了如何使用频域分析方法评估系统性能。
实验结果表明，频域特性测试是一种有效的方法，可以用来分析和设计控制系统。
七、实验建议1. 在实验过程中，注意选择合适的信号频率和幅度，以保证测量结果的准确性。
2. 使用高精度的测量设备，以提高实验结果的可靠性。
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。
实验三以单频正弦信号为激励测量系统频率响应
实验三、以单频正弦信号为激励测量系统频率响应实验目的1、加深对LTI系统频率响应物理概念的理解。
2、掌握测量LTI系统频率响应的基本方法。
3、掌握频率域采样法设计FIR滤波器的原理。
4、掌握根据实际需求正确选择DFT参数的方法。
实验原理及实验步骤1、实验原理设LTI离散系统的单位脉冲响应为h(n)，其序列傅氏变换H(e jw)称为系统的频率响应，它反映了系统对输入信号格频率分量幅度和相位的影响。
若实验为实系统，可以证明当输入为x(n) Acos(w0n 0)时，系统的输出为：y(n) | H (e jw°) | Acos(w°n °(w。
))利用以上结论可以测量出系统的频率响应H(e jw)在w0处的取值H(e jw°)，构造输入信号x(n) Acos(w0n 0)，则x(n)过系统后的输出y(n)的序列傅氏变换：Y(e jw) Ae j 0H(e jw°) (w w0) Ae j 0H (e jw°) (w w0) 若x(n)的幅度A,数字角频率w°以及初始相位o准确已知，就可以从上式求出H (e jwo)。
由于实系统h(n)满足H(e jw°) H*(e jw°)，因而只需测量0 w 内的H (e jw)就可以得到系统的频率响应。
2、实验步骤(1)测量系统的频率响应H (k)。
实际测量时对y(n)进行的是DFT运算，选择恰当的点数N,使得w°2 k/N( kY(k) N/2gAe j0H(k)j *Y(N k) N /2gAe j 0H (k)因此测量所得系统频率响应为:(2 )求待测系统频率响应。
(3)求测量误差。
将所得FIR系统的频率响应与待测系统的频率响应进行比较，可以求得测量误差。
待测系统2幅频特性待测系统2相频特性实验结果有非零值，并且H(e jw0)W o 2 k/N2丫(k)当N为偶数时需要测量的频率有2 k/N，k0,1 LN；当N为奇数时需要测2量的频率有2 k/N，k 0,1L测蚩所得系统1相频特性0.51测肇所得系统1的幅频特性虞所得系统2幅频特性測量所得系统2相频特性系统i幅频特性误蹇的为系统2相頻特性误羞Welcome ToDownload !! !欢迎您的下载，资料仅供参考！。
实验三 振动系统固有频率的测量
3
ω<ωn
（四） 、自谱分析法
1、安装仪器 2、开机 析模式。 3、测量 用力锤击简支梁中部，就可看到时域波形，点鼠标右键信号选择，选择自功率 把加速度传感器安放在简支梁上，输出信号接到振动测试通道 1-1 通道。
打开仪器电源，进入 DAS2003 数采分析软件，设置各项运行参数，选择频响分
谱，就可得到自功率谱曲线，第一个峰就是系统的第一阶固有频率。后面的几个峰是系统的 高阶频率。移动传感器或用力锤敲简支梁的其他部位，再进行测试，记录下各阶固有频率。
cx kx f t mx
1
令： f t B sin t
方程的特解，即强迫振动为： x t A sin t 式中:
B 1 B 2 2 m 2 2 2 k n n 2 , arctan 其中： 2 n 1 A 1
图 5-4
ω=ωn
ω>ωn
用加速度判别法共振的利萨如图形（3）频率响应法（传函判别函数判别法——动力放大系数判别法） 在线性系统假设情况下，激振力为输入，测量信号（响应）为输出，通过传函分析,得 到系统固有频率。 响应与激振力之间的关系可用导纳表示：
A 1 B k
1
2 1 2 2 2
图 5-3
ω=ωn
用速度判别法共振的利萨如图形
ω>ωn
实验三一阶网络频响特性测量,信号与系统,南京理工大学紫金学院实验报告
信号与系统实验报告实验名称：一阶网络频响特性测量姓名：学号：班级：通信时间：2013.6南京理工大学紫金学院电光系一、 实验目的1、 掌握一阶网络的构成方法；2、 掌握一阶网络的系统响应特性；3、 了解一阶网络频响特性图的测量方法；二、实验基本原理系统响应特性是指系统在正弦信号激励下，稳态响应随信号频率变化而变化的特性，称为系统的频率响应特性（frequency response ）简称频响特性。
一阶系统是构成复杂系统的基本单元。
学习一阶系统的特点有助于对一般系统特性的了解。
一阶系统的系统函数为H(s)，表达式可以写成：γ+⋅=s k s H 1)( k 为一常数 (3-1) 激励信号x(t)为：(3-2)按照系统频响特性的定义可求得该一阶系统的稳态响应为：(3-3)其中⎣⎦00)()(|)(00ϕj j s ej H j H s H Ω=Ω=Ω=，⎣⎦)(00Ω=j H H 。
可见，当改变系统输入信号的频率时，稳态响应的幅度和相位也随之而改变。
因果系统是稳定的要求：0>γ，不失一般性可设τγ1==k 。
该系统的频响特性为：11)(+Ω=Ωτj j H (3-4)从其频响函数中可以看出系统响应呈低通方式，其3dB 带宽点τ1。
系统的频响特性图如下图：0()sin()m x t E t =Ω000()sin()ss m y t E H t ϕ=Ω+θ图1 一阶网络频响特性图一阶低通系统的单位冲击响应与单位阶跃响应如下图：图2 一阶网络单位冲击响应与单位阶跃响应图三、实验内容及结果一阶系统的幅度谱一阶系统相位谱3、用矢量作图法作出该一阶系统的幅度谱和相位谱。
一阶系统的幅度谱一阶系统的相位谱4、作出一阶网络的单位阶跃响应波形，标注在阶跃响应最大值的(1-e-1)倍处的时间t的值，与理论值R1C1是否相符。
四、实验分析1、实验所得一阶网络的频响特性图和用矢量作图法所得的频响特性图有何异同？说明原因。
自控实验报告 频率响应测试
自动控制原理实验报告（II）一、实验名称: 频率响应测试二、画出系统模拟运算电路图, 并标出电阻、电容的取值1.模拟电路图各电阻、电容取值:R1=100KΩ R2=1MΩ R3=1MΩ R4=1MΩC1=0.1μF C2=0.1μF2.系统结构图系统理论传递函数为:R=100KΩ时G(s)=100s2+10s+100R=200KΩ时G(s)=200s2+10s+200三、画出两组李沙育图形图表 1 R=100KΩ w=9.5rad/s图表 2 R=200KΩ w=13.5rad/s五、根据实验数据计算两种系统的传递函数的参数并确定传递函数1.R=100KΩ时取第五组数据:由ω=9.5rad/s 时相角Ψ= 90° , 所以有ωn=ω=9.5rad/s又M=A cA r =12ξ= 1.025ξ=0.4878 故, 系统传递函数为:G(s)= ωn 2S2+2ξωn S+ωn2=90.25S2+9.76S+90.252.R=200KΩ时取第五组数据:由ω=13.5rad/s 时相角Ψ= 90° , 所以有ωn=ω=13.5rad/s又M=A cA r =12ξ= 1.44ξ=0.3472 故, 系统传递函数为:G(s)= ωn 2S2+2ξωn S+ωn2=182.25S2+6.9S+182.25六、误差分析1.R=100KΩ时ξ的误差为ξ%=0.4878−0.50.5×100%=−2.44%2.R=200KΩ时ξ的误差为ξ%=0.3472−0.50.5×100%=−30.56%从误差数据可以看出, 相对误差值较小, 在实验允许误差范围内, 分析可知, 误差来源有以下原因：温度引起电阻值的变化；接触部分接触电阻的影响；取点精确度影响等因素造成的扰动误差。
【实验报告】频率响应测试
实验名称：频率响应测试课程名称：自动控制原理实验目录（一）实验目的3（二）实验内容3（三）实验设备3（四）实验原理4（五）K=2频率特性试验结果4（六）K=2频率特性试验数据记录及分析7（七）K=5频率特性试验结果9（八）K=5频率特性试验数据记录及分析12（九）实验总结及感想错误!未定义书签。
图片目录图片1 系统结构图3图片2 系统模拟电路3图片3 K=2仿真对数幅相特性曲线4图片4 K=5仿真对数幅相特性曲线4图片5 f=0.7时输出波形及李沙育图形5图片6 f=1.4时输出波形及李沙育图形5图片7 f=2.1时输出波形及李沙育图形5图片8 f=2.8时输出波形及李沙育图形5图片9 f=3.5时输出波形及李沙育图形6图片10 f=4.2时输出波形及李沙育图形6图片11 f=4.9时输出波形及李沙育图形6图片12 f=5.6时输出波形及李沙育图形6图片13 f=6.3时输出波形及李沙育图形7图片14 f=7.0时输出波形及李沙育图形7图片15 k=2拟合频率特性曲线9图片16 f=0.9波形及李沙育图形9图片17 f=1.8波形及李沙育图形10图片18 f=2.7波形及李沙育图形10图片19 f=3.6波形及李沙育图形10图片20 f=4.5波形及李沙育图形10图片21 f=5.4波形及李沙育图形11图片22 f=6.3波形及李沙育图形11图片23 f=7.2形及李沙育图形11图片24 f=8.1波形及李沙育图形11图片25 f=9.0波形及李沙育图形12图片26 k=2拟合相频特性曲线14图表目录表格1 K=2电路元件参数7表格2 K=2实测电路数据处理7表格3 K=5电路元件参数12表格4 K=5实测电路数据处理12频率响应测试（一） 实验目的1. 掌握频率特性的测试原理及方法。
2. 学习根据所测定出的系统的频率特性，确定系统传递函数的方法。
（二） 实验内容测定给定环节的的频率特性，系统模拟电路、结构图分别如下所示：图片1系统结构图由图可知，系统的传递函数为：2100()10100k G s s s k =++，其中1Rk R =，实验中R 的取值分别为200k Ω，500k Ω，且1R 始终为100k Ω。
频率响应实验报告
频率响应实验报告频率响应实验报告引言：频率响应是指系统对不同频率输入信号的输出响应程度。
在电子工程和音频领域，频率响应是评估设备或系统性能的重要指标之一。
本文将介绍一次频率响应实验的过程、结果和分析。
实验目的：本次实验的目的是通过测量和分析电子系统的频率响应，评估系统对不同频率信号的传输和处理能力。
通过实验数据的收集和分析，我们可以了解系统在不同频率下的增益和相位特性，并对系统的性能进行评估。
实验装置：本次实验使用了一个信号发生器、一个频谱分析仪和一个待测系统。
信号发生器用于产生不同频率的输入信号，频谱分析仪用于测量系统的输出信号频谱，待测系统是我们需要评估频率响应的对象。
实验步骤：1. 连接实验装置：将信号发生器的输出端与待测系统的输入端相连，将待测系统的输出端与频谱分析仪的输入端相连。
2. 设置信号发生器：选择适当的频率范围和信号波形，并设置合适的输出幅度。
3. 设置频谱分析仪：选择适当的分析带宽和分辨率，并确保频谱分析仪与信号发生器的输出频率范围匹配。
4. 开始实验：逐步改变信号发生器的频率，记录频谱分析仪的输出结果。
5. 收集数据：记录每个频率下频谱分析仪的输出幅度和相位数据。
6. 数据分析：根据收集到的数据，绘制频率响应曲线，并进行进一步的分析和评估。
实验结果：根据实验数据的分析，我们得到了待测系统的频率响应曲线。
该曲线显示了系统在不同频率下的增益和相位特性。
我们可以观察到系统在某些频率下具有较高的增益，而在其他频率下增益较低。
此外，相位特性也可能随频率变化而变化。
实验分析：通过对频率响应曲线的分析，我们可以评估系统对不同频率信号的处理能力。
较高的增益表示系统对该频率信号具有较好的放大能力，而较低的增益可能表示信号在系统中传输过程中的损耗。
相位特性的变化可以影响信号的时间延迟和相位差，从而影响系统对信号的处理结果。
结论：本次实验通过测量和分析电子系统的频率响应，评估了系统对不同频率信号的传输和处理能力。
实验三-模拟一阶系统频率特性测试实验
实验三 模拟一阶系统频率特性测试实验一、实验目的学习频率特性的测试方法，根据所测量的数据，绘制一阶惯性环节的开环伯德图，并求取系统的开环传递函数。
二、实验内容利用频域法的理论，从一阶系统的开关频率特性分析闭环系统的特性。
根据给定的一阶频域测试电路，使用所给的元器件搭建实验电路。
利用信号发生器所产生的正弦波作为输入信号，用数字存储示波器观察并测量系统在不同频率输入信号的作用下，输出信号的幅值和相位变化情况。
1.频域分析法原理频率特性的频域分析方法是一种图解分析方法，它根据系统的开环频率特性去判断闭环系统的性能，能够方便地分析系统中的参数对系统暂态响应的影响，从而找到改善系统性能的途径。
实验表明，对于稳定的线性定常系统，输入正弦信号所产生系统输出的稳态分量仍然是与输入信号同频率的信号，而幅值和相位的变化则是频率ω的函数。
因此，定义正弦信号输入下，系统的稳态输出与系统的输入之比为系统的频率特性，并记为)()()(ωωωj U j Y j G =式中，)(ωj G —系统的频率特性；)(ωj Y —系统的稳态输出；)(ωj U —系统的正弦输入对一个线性系统来说，在正弦信号的作用下，系统的稳态输出仍然是一个正弦函数，其频率与输入信号的频率相同，一般情况下，输出的幅值小于输入幅值，输出的相位滞后于输入相位。
当输入信号的幅值不改变而频率发生变化时，输出信号的幅值一般会随输入正弦信号频率增加而减小；相位滞后角度一般都会随输入正弦信号频率的增加而增加。
一阶模拟环节电路图如下图所示10k其中F 1为惯性环节；F 2为放大环节（放大倍数K=5.1）。
这个系统的传递函数为：11/)(14618468414+-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=s C R R R R R R R Cs R R R s G 将元器件参数R 1=R 4=R 6=10k Ω，R 8=51k Ω和C 1=1μF 代入之后，可得1)(+=Ts Ks G 其中，K=5.1为放大倍数，T=0.01s 为时间常数。
实验三典型环节和系统频率特性的测量
实验三典型环节和系统频率特性的测量一．实验类型：操作性实验二．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传递函数。
三．实验内容1．惯性环节的频率特性测试。
2．无源滞后—超前校正网络的频率特性测试。
四．实验原理1. 惯性环节传递函数和电路图为图3-1 惯性环节的电路图其幅频的近似图如图3-2所示。
图3-2 惯性环节的幅频特性若图3-1中取C=1uF，R1=100K，R2=100K， R0=200K 则系统的转折频率为=1.66Hz2. 无源滞后—超前校正网络其模拟电路图为图3-3无源滞后—超前校正网络其中R1=100K，R2=100K，C1=0.1uF，C2=1uF其传递函数为其中，。
其幅频的近似图如图3-4所示。
图3-4无源滞后—超前校正网络的幅频特性五．实验要求1．加深理解系统频率特性的特理概念。
2．掌握典型环节和系统的频率特性曲线的测试方法，并能根据测试方法测量系统或环节的频率特性及绘制系统频率特性曲线。
六．实验仪器设备同实验一七．实验步骤1. 惯性环节1.1 根据图3-5 惯性环节的电路图，选择实验台上的通用电路单元设计并组建相应的模拟电路。
其中电路的输入端接实验台上信号源的输出端，电路的输出端接数据采集接口单元的AD2输入端；同时将信号源的输出端接数据采集接口单元的AD1输入端。
图3-5 惯性环节的电路图1.2点击“BodeChart”软件的“开始采集”；1.3调节“低频函数信号发生器”正弦波输出起始频率至0.2Hz，并用交流电压测得其压电有效值为4V左右，等待到电路输出信号稳定后，点击“手动单采”，等待，软件即会自动完成该频率点的幅值特性，并单点显示在波形窗口上。
1.4继续增加并调节正弦波输出频率（如0.3Hz，本实验终至频率5Hz即可），等输出信号稳定后，点击“手动单采”，等待，软件即会自动完成该频率点的幅值特性，并单点显示在波形窗口上。
频率响应测试
频率响应测试一、试验目的1.把握频率特性的测试原理和方法。
2.学习依据所测定出的系统的频率特性，确定系统传递函数的方法。
二、1谡佥内容1.测定给定环节的频率特性。
2.试验模拟电路连接如下易得系统传递函数为：200取I则，G(S)=人八+200；500取“5则，G(S)=Y+IOs+500；若正弦输入信号为∪i(t)=AlSin(at),则当输入达到稳态时，其输出信号为sin(ωt+φ)°转变输入信号频率f=第直，便可测得二组A1A和φ随f(或3)∪o(t)=Λ2变化的数值，这个规律就是系统的幅频特性和相频特性。
三、试验原理1.幅频特性即测量输入与输出信号幅值4与^2，然后计算其比值4/44/A。
2.试验采纳〃李沙育〃图形法进行相频特性性的测试。
假设输入信号为sin(3t+口)。
当H=O时，有X(O)=O；X(t)=XmSin(ωt),输出信号为Y(t)=%lSin(Ψ)o则相位差角φ的求法如下：若椭圆长轴在一、三象限,则Y(O)=Ymφ=arcsin(%∕%);若椭圆长轴在二、四象限则φ=π-arcsin(力/乙)。
应留意φ始终为负。
3.将所测数据代入依据公式—=A2=(i-(-)2)2+(2^-)243)Ac Con ωn2ζ-φ(ω):Tg- -------------- %-1-(—)2即可求得0及二，则传递函数为_ ________ 3/ _______()S2÷2ζ0)n S÷co n2四、试验结果1.K=2将表中第五组数据代入公式，用求得=12.91,ζ=0.337167ωn则偿函数为G⑸=S2+8.70S+167试验曲线角频率幅频特性曲线2.K=5序号1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 f/Hz 122.533.23.544.556ω6.28 12.57 15.71 18.85 20.11 21.99 25.13 28.27 31.42 37.70ACIAr 1.167 1.553 1.939 2.329 2.324 2.070 1.460 1.035 0.737 0.493 YOlYm 0.155 0.434 0.667 0.916 0.998 0.943 0.766 0.495 0.384 0.248Φ-8.90 -25.72 -41.87 -66.37 -86.28 -109.4 -130.0 -150.3 -157.4 -165.7将表中第五组数据代入公式，用MATLAB 求得试验曲线ωn =20.38, ζ = 0.218≡⅜函数为G(S)=S2+8.89S+415O相频特性曲线幅频特性曲线相频特性曲线五、试验结论及误差分析1.误差分析将多组数据代入方程，所得结果均和第五组较为接近。
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。
自动控制原理实验报告实验二-频率响应测试
自动控制原理实验报告实验二-频
率响应测试
自动控制原理实验报告实验二-频率响应测试是一个实验，用于测试一个系统的频率响应。
它包括了数学模型的描述，实验处理装置的设计，以及实验结果的分析。
实验前，我们需要对系统的频率响应特性进行数学模型分析，来确定具体实验中参数的取值，如时间常数、截止频率和放大器带宽等。
在实验中，根据实验要求，我们设计了一套实验处理装置，由PC机，通道放大器，放大器反馈回路，传感器，相应示波器以及控制软件组成。
在实验中，我们采用正弦信号作为输入，通过PC机的控制软件调节信号的频率和幅值，然后将信号输入到放大器中，放大器放大信号，输出到反馈回路中，反馈回路中的传感器检测反馈信号，将反馈信号输出到PC机，再通过相应示波器显示出来，以便观察系统的响应。
在实验中，我们对频率响应进行了测试，首先，我们使用定时器设置不同频率的正弦信号作为输入，观察系统的频率响应特性，并记录响应曲线；其次，我们使用扫频器模拟正弦信号，以每个正弦信号的频率进行不同振幅的扫描，观察系统的响应特性，并记录响应曲线；最后，我
们使用控制软件对系统进行调整，以提高系统的响应能力，并记录响应曲线。
实验结束后，我们对实验结果进行了分析，并将系统的频率响应与理论值进行比较，以验证实验结果的准确性。
根据分析结果，我们得出结论：系统的频率响应符合理论值，控制软件的调整有效提高了系统的响应能力。
总之，自动控制原理实验报告实验二-频率响应测试是一个有益的实验，它不仅帮助我们更好地了解系统的频率响应特性，而且也可以帮助我们更好地控制系统，以提高系统的响应能力。
正弦扫频
Harbin Engineering University现代力学实验技术实验报告实验题目：扫频实验姓名：韩天一班级：15硕2班学号：S315020038实验时间：2015 年11 月25 日组成员：王方鑫、王笑笛、韩天一预习操作实验报告教师签章成绩力学与工程技术实验教学中心正弦扫频实验一、实验目的1、了解正弦扫频法的优缺点和使用方法。
2、掌握频率响应函数的定义及测量方法。
3、掌握使用不同激励信号激励时触发方式、平均方式及窗函数等选择方法。
二、实验系统框图如图1所示：三、实验原理频率响应函数的测量是试验模态分析的核心，其测量质量将直接影响模态参数识别的精度。
频率响应函数是指一个机械系统系统输出的傅立叶变换与输入的傅立叶变换的比值，对于单自由度系统，其频率响应函数为()()()X H F ωωω= 而对于多自由度系统，它的频率响应函数为一矩阵，即上式中的任一元素lp H 的表达式为其中，l 为响应点，p 为激励作用点，lp H 表示在p 点作用单位力时，在l 点所引起的响应，图1 []111212122212....()::::..n n n n nn H H H H H H H H H H ω⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦1()()()()n l lp lr pr r r p X H H F ωωφφωω===∑即l 和p 两点之间的频响函数。
根据模态分析原理，要识别结构的固有频率，只要测得频响函数矩阵中任何一个元素即可，但要识别所有模态参数时，必须测得频响函数矩阵中的一行或一列。
由lp H 的表达式可知，要测量矩阵中的一行时，要求拾振点固定不变，轮流激励所有的点，即可求得[()]H ω中的一行，这一行频响函数包含进行模态分析所需要的全部信息。
而要测量[()]H ω中任一列时，则激励点固定不变，而在所有点进行拾振，便可得到[()]H ω中的一列，这一列频响函数也包含进行模态分析所需要的全部信息。
在进行多点拾振时，若传感器足够多，且所有传感器质量加起来比试验物体的质量小很多时，就可安装多个传感器同时拾振，这样可以节省试验时间，且数据的一致性也好；但如果只有一只传感器时，则一个一个点进行测量，这样虽试验时间长一些，但试验成本较低，需保证激励信号的一致性。
线性系统的频率响应实验报告
线性系统的频率响应实验报告1. 实验目的本实验旨在通过测量线性系统的频率响应来分析系统的特性，并进一步理解系统的频率响应对输入信号的影响。
2. 实验原理线性系统的频率响应描述了系统对不同频率输入信号的响应情况。
在频域中，系统的频率响应可以用复数形式表示，包括幅频特性和相频特性。
实验中我们采用了输入信号为正弦信号，通过测量输入信号和输出信号的幅值和相位差，可以得到线性系统的频率响应。
具体的测量方法如下： 1. 选择一定范围内的频率，设置正弦信号发生器的频率输出。
2. 将正弦信号输入线性系统，同时测量输入信号和输出信号的幅值。
3. 通过测量输入信号和输出信号的相位差，计算得出系统的相位频率特性。
3. 实验步骤3.1 实验准备1.连接正弦信号发生器的输出端和线性系统的输入端。
2.连接线性系统的输出端和示波器的输入端。
3.打开正弦信号发生器、线性系统和示波器，确保它们正常工作。
3.2 测量幅频特性1.设置正弦信号发生器的频率范围，并选择一定的频率间隔。
2.将正弦信号发生器的输出幅值调至合适的范围。
3.逐渐调整正弦信号的频率，同时测量输入信号和输出信号的幅值。
4.记录下每个频率点上的输入信号和输出信号的幅值。
3.3 计算幅频特性1.将测得的输入信号和输出信号的幅值数据进行归一化处理。
2.绘制幅频特性曲线，横轴为频率，纵轴为幅值。
3.4 测量相频特性1.设置正弦信号发生器的频率为一个特定值。
2.测量输入信号和输出信号的相位差。
3.记录下每个频率点上的输入信号和输出信号的相位差。
3.5 计算相频特性1.将测得的输入信号和输出信号的相位差转换为弧度制。
2.绘制相频特性曲线，横轴为频率，纵轴为相位差。
4. 实验结果与分析由测得的数据绘制的幅频特性曲线如下图所示：幅频特性曲线幅频特性曲线从图中可以看出，系统在低频时幅值较大，随着频率的增加逐渐减小，最终趋于0。
这说明系统对低频输入信号具有较好的增益放大作用，而对高频输入信号则产生一定的衰减。
频率响应实验所使用的信号
频率响应实验所使用的信号为了得到系统的频率响应，比较老的办法是采样“扫频”的方法，即给系统每次输入一个单一频率的正弦信号，得到对应频率下的输出响应（包括幅值响应和相位响应）。
然后，再将每个单一频率正弦信号下所得到的响应描绘在一张Bode 图上，可以得到系统的频率响应。
这种办法，无论从实用角度，还是实验周期上来说，既不方便多次实验，也给数据处理带来很大的不便。
这里，采用MATLAB 中的自带函数生成所需频率段的正弦叠加信号，将此信号输入到系统后得到系统的频率响应，再采用专门的MATLAB 处理函数，即可得到系统的频率响应图。
这种方法，给系统频率响应测试带来了极大的便利，不仅容易生成信号，而且便于多次实验以及数据处理。
1 正弦叠加信号生成函数idinput1）信号生成函数定义MATLAB 自带函数idinput 用于生成不同类型的叠加信号，这里主要使用其生成正弦叠加信号。
该函数基本形式如下：[],(,'sin ',,,sin )u freqs idinput N e band levels edata = （5）式中，u ——以矩阵或者向量的形式返回信号数据；N ——决定生成信号的采样参数。
通常，有[],,N P nu M =，它表示N 中有nu 个通道，P 为采样点数目，每个通道长度为M P ⨯，在默认的情况下，1nu M ==。
'sin 'e ——表示被叠加的信号类型为正弦波；band ——确定信号的频带。
其定义形式为[],band wlow whigh =，其中wlow 为频带的下界，whigh 为频带的上界，默认值为[]0,1band =。
这里，频带是以Nyquist 频率表示。
设Nyquist 频率为0f ，信号的采样频率为f ，则可得/f P Ts = （6）上式中，P ——采样点个数；Ts ——采样时间。
则Nyquist 频率为012f f = （7） 将得到的Nyquist 频率0f 与[],band wlow whigh =相乘，即可得到转化为Hz 单位的信号频带，即[]'00,band f wlow f whigh =⨯⨯，单位为Hz 。
仿真实验2：系统的频率响应和稳定性讲解
2系统的频率响应和稳定性研究一．实验目的1．绘制并观察典型系统的开环幅频曲线。
2．绘制并观察典型系统的开环对数频率曲线。
3．运用恩奎斯特准则判断闭环系统的稳定性。
二．实验要求1．根据所给开环传递函数的机构形式，绘制相应的开环幅频曲线和开环对数频率曲线。
2．如绘制的开环幅相曲线不封闭，或用文字说明所缺部分曲线的走向，或在图上添加所缺曲线；曲线与（-1，j0）点的几何关系应足够清晰，能够支持判断结论的导出。
3．对该开环传递函数构成的单位负反馈系统的稳定性做出判断，说明理由；假如闭环不稳定，则应指出不稳定极点的数目。
三．实验内容1．根据所给开环传递函数的结构形式，首先绘制出相应的开环幅频曲线和开环对数频率曲线。
2．对于存在积分环节的开环传递来说，因为得到的开环幅相曲线不封闭，所以需在图上添加所缺曲线，以使曲线与(-1,j0)点的几何关系清晰，支持判断结论的准确导出。
3．最后，利用开环幅频稳定判据（恩奎斯特准则）或开环对数频率稳定判据对开环传递函数构成的单位负反馈系统的稳定性作出判断；假如闭环不稳定，则指出不稳定极点的数目。
（1） 开环传递函数的形式为)1)(1(211++=s T s T KG ，其中K , T 1 , T 2可取大于0的任意数。
举例，如令T 1=1,T 2=2,K=1，则11(1)(21)G s s =++ ，此时的指令如下：零极点形式的传递函数指令：G=zpk([],[-1,-1/2],1)； 得到开环幅频曲线（恩奎斯特曲线）：figure(1);nyquist(G); 得到开环对数频率曲线：figure(2);margin(G);可以利用零极点形式的时域指令进行验证结果，也就是看闭环实部根是否都<0, 此时的指令如下： 由零极点形式转换为因子式形式：[n1,d1]=zp2tf([],[-1,-1/2],1);G=n1+d1; 时域闭环根：roots(G);-1-0.500.51 1.52Nyquist DiagramReal AxisI m a g i n a r y A x i sM a g n i t u d e (d B )1010101010P h a s e (d e g )Bode DiagramGm = Inf dB (at Inf rad/sec) , P m = 93.3 deg (at 0.666 rad/sec)Frequency (rad/sec)因子式形式的开环频域指令：因子式形式的传递函数指令：G=tf([0,0,1],[2,3,1])得到开环幅频曲线（恩奎斯特曲线）：figure(3);nyquist(G) 得到开环对数频率曲线：figure(4);margin(G)可以利用零极点形式的时域指令进行验证结果，也就是看闭环实部根是否都<0, 此时的指令如下： 由零极点形式转换为因子式形式： n1=[0,0,1],d1=[2,3,1];G=n1+d1; 时域闭环根：roots(G);-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81Nyquist DiagramReal AxisI m a g i n a r y A x i sM a g n i t u d e (d B )10-210-110101102P h a s e (d e g )Bode DiagramGm = Inf dB (at Inf rad/sec) , P m = -180 deg (at 0 rad/sec)Frequency (rad/sec)（2） )1)(1)(1(3212+++=s T s T s T KG ，其中K , T 1 , T 2 , T 3 可取大于0的任意数。
实验二系统的频率响应特性测试
一、实验目的:
1、掌握频率响应特性的测量方法； 2、研究典型网络的频率响应特性。
二、实验原理：
1、系统的频率响应特性是指系统在正弦信号激励下系统 的稳态响应随激励信号频率变化的情况。用矢量形式表示：
Y ( j) H ( j) X ( j) H ( j) H ( j) e j()
Vi(v) 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
f(Hz)
Vo(v)
φ (ω )
表二
３、双TRC带阻滤波器的频响特性的测量： 将实验板上的两输入端IN1与IN2短接，输出端OUT1与OUT2 短接；并将信号源的输出 (A)接实验板输入(IN1 )或 (IN2 )，滤波后的输出OUT1或OUT2接示波器的输入(B) 。 根据被测电路的参数及系统的幅频特性，将输入信号的频 率从低到高逐次改变二十 次以上(幅度保持Vipp=10v) ， 逐个测量输出信号的峰峰值大小(Vopp)及Φ (ω ) ，并将 测量数据填入表三：
。
() 2
T
当响应超前激励时为 () 正，当响应落后激励时 ()源自为负。三、实验原理图：
A IN1 C
函 数 CH1 发 生
R IN2
2C
器
GND
C R
R/2
OUT1 B
INPUT
OUT2
示
波
器
GND
图中：R=38kΩ ，C=3900pF，红色框内为实验板上的电路。
四、实验前预习内容：
Vi(v) 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 …
f(Hz)
Vo(v)
φ(ω)
表三
五、实验仪器：
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实验三、以单频正弦信号为激励测量系统频率响应
实验目的
1、加深对LTI系统频率响应物理概念的理解。
2、掌握测量LTI系统频率响应的基本方法。
3、掌握频率域采样法设计FIR滤波器的原理。
4、掌握根据实际需求正确选择DFT参数的方法。
实验原理及实验步骤
1、实验原理
设LTI离散系统的单位脉冲响应为h(n)，其序列傅氏变换H(e jw)称为系统的频率响应，它反映了系统对输入信号格频率分量幅度和相位的影响。
若实验为实系统，可以证明当输入为x(n) Acos(w0n 0)时，系统的输出为：
y(n) | H (e jw°) | Acos(w°n °(w。
))
利用以上结论可以测量出系统的频率响应H(e jw)在w0处的取值H(e jw°)，构造输入信号x(n) Acos(w0n 0)，则x(n)过系统后的输出y(n)的序列傅氏变换：
Y(e jw) Ae j 0H(e jw°) (w w0) Ae j 0H (e jw°) (w w0) 若x(n)的幅度A,数字角频率w°以及初始相位o准确已知，就可以从上式求出
H (e jwo)。
由于实系统h(n)满足H(e jw°) H*(e jw°)，因而只需测量0 w 内的
H (e jw)就可以得到系统的频率响应。
2、实验步骤
(1)测量系统的频率响应H (k)。
实际测量时对y(n)进行的是DFT运算，选择恰当的点数N,使得w°2 k/N( k
Y(k) N/2gAe j0H(k)
j *
Y(N k) N /2gAe j 0H (k)
因此测量所得系统频率响应为:
(2 )求待测系统频率响应。
(3)求测量误差。
将所得FIR系统的频率响应与待测系统的频率响应进行比较，可以求得测量误差。
待测系统2幅频特性待测系统2相频特性实验结果
有非零值，并且
H(e jw0)
W o 2 k/N
2丫
(k)
当N为偶数时需要测量的频率有2 k/N，k0,1 L
N；当N为奇数时需要测
2
量的频率有2 k/N，k 0,1L
测蚩所得系统1相频特性
0.
5
1
测肇所得系统1的幅频特性
虞所得系统2幅频特性測量所得系统2相频特性系统i幅频特性误蹇的为
系统2相頻特性误羞
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