实验四 典型系统的频率特性测试
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 。
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'); figure bode(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。
自动控制原理实验4
七、注意事项
1、 若只使用其中某一个运算放大器，则其
余的运算放大器必须接成比例环节，不允许
输入端和输出端悬空，以避免损坏运算放大
器；
2、所有导线使用前须用万用表测通断 ３、调零
方法1：李沙育图形示波器设置
CH1接输入，CH2接输出
示波器设置
示波器设置
示波器设置
示波器设置
格式设置成XY
示波器设置
方法2：
示波器设置
CH1,CH2的波形调成一样大
一阶惯性环节频率特性
4、二阶系统的频率特性测量 （1）用MATLAB求出该二阶系统频率特性， 绘制幅频曲线和相频曲线； （2）连接示波器：将正弦波端子与Ui和示波 器通道CH1相连接，实验电路UO与示波器通道 CH2相连接； （3）输入正弦波信号，通过示波器观测输入 输出正弦波曲线并调节正弦波频率，绘制该二 阶系统的幅频曲线和相频曲线，并与仿真结果 相比较； 3．根据二阶系统的理论计算，选择频率测试 点ω，填写下表。
二阶系统频率特性
五、实验报告要求：
1.
2.
3.
1. 整理表4.2、表4.3中的实验数据，在半对 数坐标纸上作出被测系统的对数幅频特性和 相频特性。 2. 参考相频特性，对对数幅频特性采用折线 近似，从而确定被测系统的参数（转折频率、 阻尼比、开环放大倍数），与实验时所设置 的原始参数进行比较。 3.讨论李沙育图形法测试频率特性的精度。
实 验 四
典型系统的频率特性测试
一、实验目的：
1．掌握测量典型一阶系统和二阶 系统频率特性曲线的方法； 2．通过本实验进一步理解频率特性 的物理意义。
二、实验仪器：
1．自控系统教学模拟机 XMN-2 1台； 2．数字示波器 TDS1002B 1台；
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。
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。
控制基础第二次实验——系统频率特性的测试
东南大学自动化学院《自动控制原理实验》实验报告实验四系统频率特性的测试姓名：学号：专业：自动化实验室：组别：同组人员：设计时间：2014年10 月28日评定成绩：审阅教师：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、预习与回答（1） 实验时，如何确定正弦信号的幅值？幅度太大会出现什么问题，幅度过小又会出现什么问题？答：根据实验参数，计算正弦信号幅值大致的范围，然后进行调节，具体确定调节幅值时，首先要保证输入波形不失真，同时，要保证在频率较大时输出信号衰减后人能够测量出来。
如果幅度过大，波形超出线性变化区域，产生失真；如果波形过小，后续测量值过小，无法精确的测量。
（2） 当系统参数未知时，如何确定正弦信号源的频率？答：从理论推导的角度看，应该采取逐点法进行描述，即ω 从0变化到∞，得到变化时幅度和相位的值。
从实际操作来看，ω 值过小所取得的值无意义，因此我们选取[1.0,100.0]的范围进行测量。
（3） 先对本系统进行机理建模，求出开环传递函数。
答：)()()()()(4321s G s G s G s G s G = 令R=100K ，则122-)(1-==RRs G s R S RC R s G 1.011)1/()(12+=+= s R S RC R s G 047.011)1/()(23+=+= sR S RC R s G 02.0112)21/(2)(34+=+= 所以：)047.01)(02.01)(1.01(1)()()()()(4321s s s s G s G s G s G s G +++==三、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。
典型环节(或系统)的频率特性测量
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·实验要求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 根据测得的频率特性曲线求取各自的传递函数。
4 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·实验步骤1 熟悉实验箱上的信号源,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,参考本实验附录设计并连接“一阶惯性环节”模拟电路(如用U9+U8连成)或“两个一阶惯性环节串联”的模拟电路(如用U9+U11连成)。
2 利用实验设备完成一阶惯性环节的频率特性曲线测试。
无上位机时 利用实验箱上的信号源单元U2所输出的正弦波信号作为环节输入 即连接箱上U2的“正弦波”与环节的输入端(例如对一阶惯性环节即图1.5.2的Ui)。
然后用示波器观测该环节的输入与输出(例如对一阶惯性环节即测试图1.5.2的Ui和Uo)。
注意调节U2的正弦波信号的“频率”电位器RP5与“幅值”电位器RP6 测取不同频率时环节输出的增益和相移(测相移可用“李沙育”图形),从而画出环节的频率特性。
有上位机时 必须在熟悉上位机界面操作的基础上 充分利用上位机提供的虚拟示波器与信号发生器功能。
为了利用上位机提供的虚拟示波器与信号发生器功能 接线方式将不同于上述无上位机情况。
仍以一阶惯性环节为例 此时将Ui连到实验箱U3单元的O1或O2(D/A通道的输出端,这个是通过上位机选择其中的一路输出),将Uo连到实验箱U3单元的I1(A/D通道的输入端),然后再将你选择的D/A输出通道测试信号O1(如果选择的是O1)连接到这组A/D输入的另一采集输入端I2,然后连接设备与上位机的USB通信线。
典型环节和系统频率特性的测量
实验报告课程名称：_________控制理论（甲）实验_______指导老师：_____ ____成绩：__________________ 实验名称：___典型环节和系统频率特性的测量___实验类型：________________同组学生姓名：__________ 一、实验目的 二、实验原理 三、实验接线图 四、实验设备 五、实验步骤 六、实验数据记录 七、实验数据分析 八、实验结果或结论一、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传递函数。
二、实验原理1．系统（环节）的频率特性设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X m 、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由式①得出系统输出，输入信号的幅值比相位差)()(ωωj G Xmj G Xm Xm Ym == (幅频特性) )()(ωωφj G ∠= (相频特性) 式中)(ωj G 和)(ωφ都是输入信号ω的函数。
2．频率特性的测试方法 2.1 李沙育图形法测试 2.1.1幅频特性的测试 由于 mmm m X Y X Y j G 22)(==ω 改变输入信号的频率，即可测出相应的幅值比，并计算mm X YA L 22log 20)(log 20)(==ωω （dB ）其测试框图如下所示：图5-1 幅频特性的测试图(李沙育图形法)注：示波器同一时刻只输入一个通道，即系统（环节）的输入或输出。
2.1.2相频特性的测试图5-2 相频特性的测试图(李沙育图形法)令系统（环节）的输入信号为：t X t X m ωsin )(= (5-1) 则其输出为 )sin()(φω+=t Y t Y m (5-2)对应的李沙育图形如图5-2所示。
若以t 为参变量，则)(t X 与)(t Y 所确定点的轨迹将在示波器的屏幕上形成一条封闭的曲线(通常为椭圆)，当t=0时，0)0(=X 由式(5-2)得 )sin()0(φm Y Y =于是有 mmY Y Y Y 2)0(2sin )0(sin )(11--==ωφ (5-3)同理可得mX X 2)0(2sin )(1-=ωφ (5-4) 其中：)0(2Y 为椭圆与Y 轴相交点间的长度； )0(2X 为椭圆与X 轴相交点间的长度。
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
典型环节的频率特性实验
实验报告
实验名称：
典型环节的频率特性实验
实验目的：
加深理解系统频率特性的物理概念；掌握系统频率特性的实验方法；
掌握频率特性的Bode 图Nquist图的绘制。
实验原理：
实验方法与步骤：
1. 在实验项目下拉框中选中[系统频率特性]实验并设置相应的实验参数。
2. 选择时间-电压图、信号发生器的频率：频率2、周期5（参考值），选《自动》采样。
数据采集过程如图所示：
3、待数据采样结束后点击按钮，即可显示出所测量的波特图。
4、在完成步骤3后，在显示区单击鼠标右键，即出现奈氏图。
实验内容：
1、做一阶系统的频率特性实验，画出该系统的Bode 图与Nquist图。
2、二阶系统的频率特性实验，画出该系统的Bode 图与Nquist图。
3、改变二阶系统的阻尼比ζ，观察欠阻尼与临界阻尼情况下的频率特性。
3、确定系统的转角频率、幅值穿越频率、截至频率的实测值。
●实验报告
1、图示一阶系统频率特性实验的Bode 图与Nquist图。
2、二阶振荡系统（欠阻尼）频率特性实验的Bode 图与Nquist图。
3、确定系统的转角频率、谐振频率、截至频率的实测值。
4、填写实验数据与响应曲线。
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。
自动控制原理实验-系统频率特性的测量与分析
开课学院及实验室：实验中心工程北5312013年11月25日
学院
机电
年级、专业、班
姓名
学号
实验课程名称
自控原理实验
成绩
实验项目名称
实验五系统频率特性的测量与分析
指导
教师
一、实验目的
二、实验内容
三、使用仪器、材料
四、实验过程原始记录（程序、数据、图表、计算等）
五、实验结果及分析
一、实验目的
2．nichols求连续系统的Nichols（尼克尔斯）频率响应曲线
格式1：nichols(sys) [re,im,w]= nichols(sys)
格式2：nichols(sys,w) [re,im,w]= nichols(sys,w)
格式3：nichols(sys,iu,w) [re,im,w]= nichols(sys,iu w)
说明：bode函数的输入变量定义与nyquist相同
Bode图可用于分析系统的增益裕度、相位裕度、增益、带宽以及稳定性等特性。mag和phase分别是幅值和相位数组。iu表示从系统第iu个输入到所有输出的Bode图。
当不带输出变量时则直接绘出图形。而带有输出变量时则得到一组相关数据。其中的w是频率的取值范围，若缺省则该项由函数自动确定。
测频率图
4．选中[实验课题→系统频率特性测量→测频率图]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。
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→测波特图数据采样]采集信息。
6．待数据采样结束后点击[实验课题→系统频率特性测量→测波特图→图形观测]Байду номын сангаас可以在显示区内显示出所测量的波特图。
自动控制原理实验四_系统频率特性的测试
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：系统频率特性的测试院〔系〕：自动化学院专业：自动化**：**：实验室：实验组别：同组人员：实验时间：2021/11/24评定成绩：审阅教师：目录一．实验目的和要求2二．实验原理2三．实验方案与实验步骤3四．实验设备与器材配置4五．实验记录4六．实验分析4七．预习与答复5八．实验结论5一．实验目的和要求实验目的：〔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报告要求：〔1〕画出系统的实际幅度频率特性曲线、相位频率特性曲线，并将实际幅度频率特性曲线转换成折线式Bode图，并利用拐点在Bode图上求出系统的传递函数。
〔2〕用文字简洁表达利用频率特性曲线求取系统传递函数的步骤方法。
〔3〕利用上表作出Nyquist图。
〔4〕实验求出的系统模型和电路理论值有误差，为什么.如何减小误差.〔5〕实验数据借助Matlab作图，求系统参数。
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，要用反复屡次，模型还不一定建准。
模型只取主要局部，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。
幅频特性就是输出幅度随频率的变化与输入幅度之比，即，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。
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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');
figure
bode(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');
figure
bode(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。
调节正弦波频率和幅值，绘制该二阶环节的幅频曲线和相频曲线，与软件仿真对比
四、实验结果
10 12.5 18.5 25.2 38 44 99.7 132 340 747
)
(Hz
f 1.59 1.99 2.96 4.01 6.05 7.00 15.90 21.0
2 54.1
4
118.9
5
)
(
log
20db
Ui
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
2、根据实验结果绘制一阶环节的频率特型。
幅频响应：
响频响应：
-45
-40-35-30-25-20-15-10-50
3、不同频率在一阶环节Matlab 和simulink 仿真结果记录
Matlab 仿真：
奈氏图：
Real Axis
I m a g i n a r y A x i s
波特图：
Frequency (rad/sec)
101010
10
P h a s e (d e g )
-40-30
-20
-10
M a g n i t u d e (d B )
Simulink 仿真：
频率为1rad/s
频率为3rad/s
频率为10rad/s：
4、根据二阶系统的理论计算，选择频率测试点，填写下表
5、根据实验结果绘制二阶环节的频率特型。
幅频特性图：
-80
-70-60-50-40-30-20-1001020
相频特性图：
6、不同频率在二阶环节Matlab 和simulink 仿真结果记录
Matlab 仿真：
奈氏图：
系统的奈氏图
Real Axis
I m a g i n a r y A x i s
波特图：
-80-60-40-200
20M a g n i t u d e (d B )10
10
1
10
2
10
3
-180
-135-90-450P h a s e (d e g )
系统的波特图
Frequency (rad/sec)
Simulink 仿真结果：
频率为1rad/s
频率为3rad/s
频率为10rad/s 五、实验思考
对数频率特性采用频率的对数分度，可以与幅度上去对数后的响应相对应，实现画图的线性化。