实验四 频率特性的测试

姓名：喻慧君 实验时间：2015.5.19 指导教师：

实验四 频率特性的测试

一、实验目的

1、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

1、TKKL-1控制理论实验箱1台

2、TDS1001B 数字存储示波器1台

3、万用表1只

4、U 盘1只（学生自备）

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(ω

t+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 ω)|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（二阶系统可选K=200/51,T1=0.02,T2=0.051,也可根据需要

自己选择，实验前需先计算，并选好测量点，特别是关键点的选择）。

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、实验处理

1、根据被测电路和系统的传递函数，设计相应的实验线路图。

姓名：喻慧君 实验时间：2015.5.19 指导教师： 系统传递函数： 22221121

22)()()(n n n S S T T K T S S T T k S R S C ωξωω++=++= 实验的线路图：

2、由实验数据绘制系统的相关图形（极坐标图、幅相图等），并与理论比较，分析实验测得频率 特性产生误差的原因。

姓名：喻慧君实验时间：2015.5.19 指导教师：

姓名：喻慧君 实验时间：2015.5.19 指导教师：

实验数据处理得出的结果与理论有一定的误差。

误差的原因：1.实验测量的数据有误差。

2.系统本身电子元件的误差。

3.作图的误差。

3、由实验数据制作出二阶系统的闭环频率特性曲线。由此求出系统的频带宽度ωb 、谐振频率ωr 和谐振峰值M r ，并与理论计算的结果进行比较。

理论值：频带宽度13.54，谐振频率为8.11Hz ，谐振峰值为1.36；

实验值：频带宽度13.393，谐振频率为8Hz ，谐振峰值为1.39；

频带宽度的误差；（13.54-13.393）/13.54=1.09%

谐振频率的误差：（8.11-8）/8.11=1.35%

谐振峰值的误差：（1.39-1.36）/1.36=2.2%

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：当707.00≤≤ξ时存在谐振，403.0=ξ，在707.00≤≤ξ之间，所设计的二阶系统为振荡 环节，满足谐振条件。

通过观察示波器的波形来确定谐振频率和谐振峰值。

七、心得和体会

在本次实验中，谐振频率和峰值的确定不是很理想，没有在8.11HZ 左右多取一些点。在实验之前应该先设计好实验，准备不足会降低实验效率。其次，实验能够加深我们对理论知识的深入了解。对于重点知识，建议可以做一些实验来加深我们的印象及了解。