頻率特性的測量實驗報告.doc

《頻率特性的測量實驗報告.doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《頻率特性的測量實驗報告.doc（9頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

課程名稱： 控制理論乙 指導(dǎo)老師： 成績： 實驗名稱： 頻率特性的測量 實驗類型： 同組學(xué)生姓名： 一、實驗?zāi)康暮鸵螅ū靥睿? 二、實驗內(nèi)容和原理（必填） 三、主要儀器設(shè)備（必填） 四、操作方法和實驗步驟 五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理 六、實驗結(jié)果與分析（必填） 七、討論、心得 1、 實驗?zāi)康暮鸵? 1．掌握用李沙育圖形法，測量各典型環(huán)節(jié)的頻率特性； 2．根據(jù)所測得的頻率特性，作出伯德圖，據(jù)此求得環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)。 二、實驗內(nèi)容和原理 1.實驗內(nèi)容 （1）R-C網(wǎng)絡(luò)的頻率特性。圖5-2為滯后--超前校正網(wǎng)絡(luò)的接線圖，分別測試其幅頻特性和相頻特性。 （2）閉環(huán)頻率特性的測試 被測的二階系統(tǒng)如圖5-3所示，圖5-4為它的模擬電路圖。 取參考值,接470K的電位器，， 2.實驗原理 對于穩(wěn)定的線性定常系統(tǒng)或環(huán)節(jié)，當(dāng)其輸入端加入一正弦信號，它的穩(wěn)態(tài)輸出是一與輸入信號同頻率的正弦信號，但其幅值和相位隨著輸入信號頻率的改變而改變。輸出信號為 其中， 只要改變輸入信號的頻率，就可以測得輸出信號與輸入信號的幅值比和它們的相位差。不斷改變的頻率，就可測得被測環(huán)節(jié)（系統(tǒng)）的幅頻特性和相頻特性。 本實驗采用李沙育圖形法，圖5-1為測試的方框圖 在表（1）中列出了超前于滯后時相位的計算公式和光點的轉(zhuǎn)向。 表中 為橢圓與軸交點之間的長度，為橢圓與軸交點之間的距離，和分別為和的幅值。 3、 主要儀器設(shè)備 1．控制理論電子模擬實驗箱一臺； 2．慢掃描示波器一臺； 3. 任意函數(shù)信號發(fā)生器一臺； 4．萬用表一只。 四、操作方法和實驗步驟 1.實驗一 （1）根據(jù)連接圖，將導(dǎo)線連接好 （2）由于示波器的CH1已經(jīng)與函數(shù)發(fā)生器的正極相連，所以接下來就要將CH2接在串聯(lián)電阻電容上，將函數(shù)發(fā)生器的正極接入總電路兩端，并且示波器和函數(shù)發(fā)生器的黑表筆連接在一起接地。 （3）調(diào)整適當(dāng)?shù)膾呙钑r間，將函數(shù)發(fā)生器的幅值定為5V不變，然后摁下掃描時間框中的menu，點擊從Y-t變?yōu)閄-Y顯示。 （4）改變函數(shù)發(fā)生器的頻率，記錄數(shù)據(jù)及波形。 2.實驗二：基本與實驗一的實驗步驟相同。 5、 實驗數(shù)據(jù)記錄和處理 實驗一：求計算的相頻特性與幅頻特性的公式為： (V) (V) (V) 實測 計算 實測 計算 94.25 15 0.48 5.12 4.96 -0.094 -0.092 0.969 -0.276 -0.121 314.16 50 1.4 5.12 4.48 -0.277 -0.252 0.875 -1.160 -1.096 628.32 100 1.6 5.12 3.76 -0.318 -0.318 0.734 -2.682 -2.793 1256.64 200 1.24 5.12 3.04 -0.245 -0.238 0.594 -4.528 -4.667 1884.96 300 0.84 5.12 2.8 -0.165 -0.140 0.547 -5.242 -5.329 2513.27 400 0.36 5.12 2.8 -0.070 -0.063 0.547 -5.242 -5.561 3141.59 500 0.08 5.16 2.68 -0.016 -0.002 0.519 -5.690 -5.616 4398.23 700 0.56 5.16 2.68 0.109 0.090 0.519 -5.690 -5.502 5026.55 800 0.8 5.08 2.84 0.158 0.126 0.559 -5.051 -5.387 6283.19 1000 1.08 5.08 2.84 0.214 0.183 0.559 -5.051 -5.102 12566.37 2000 1.64 5.2 3.44 0.321 0.308 0.662 -3.589 -3.489 18849.56 3000 1.44 5.16 3.8 0.283 0.313 0.736 -2.657 -2.307 31415.93 5000 1.36 5.12 4.36 0.269 0.254 0.852 -1.396 -1.120 43982.30 7000 0.96 5.12 4.76 0.189 0.201 0.930 -0.633 -0.634 62831.85 10000 0.8 5.12 4.94 0.157 0.150 0.965 -0.311 -0.330 125663.71 20000 0.4 5.08 5 0.079 0.078 0.984 -0.138 -0.087 251327.41 40000 0.2 5.08 5.04 0.039 0.040 0.992 -0.069 -0.022 628318.53 100000 0.28 5.08 5.06 0.055 0.016 0.996 -0.034 -0.004 實驗二：求計算的幅頻特性與相頻特性的公式為： (V) (V) (V) 實測 計算 實測 計算 1.88 0.3 1 5.08 5.24 -0.198 -0.200 1.031 0.269 0.465 3.14 0.5 1.92 5.24 5.84 -0.375 -0.373 1.115 0.942 1.291 4.40 0.7 3.04 5.04 6.8 -0.647 -0.622 1.349 2.602 2.446 5.03 0.8 3.52 5.04 7.2 -0.773 -0.793 1.429 3.098 3.033 5.65 0.9 4.32 5.12 7.36 -1.004 -1.003 1.438 3.152 3.471 6.28 1 4.72 5.12 7.52 -1.173 -1.248 1.469 3.339 3.575 6.91 1.1 5.04 5.04 7.04 -1.571 -1.506 1.397 2.903 3.190 7.54 1.2 4.72 5.04 6.48 1.213 1.391 1.286 2.183 2.312 8.17 1.3 4.46 5.2 5.84 1.031 1.182 1.123 1.008 1.085 10.05 1.6 3.38 5.12 3.52 0.721 0.778 0.688 -3.255 -3.125 12.57 2 2.64 5.04 2.08 0.551 0.527 0.413 -7.687 -7.950 31.42 5 0.82 5.04 0.4 0.163 0.166 0.079 -22.007 -25.575 43.98 7 0.52 5.16 0.2 0.101 0.116 0.039 -28.232 -31.583 六、實驗結(jié)果與分析 1.實驗結(jié)果分析 （1）實驗一 根據(jù)測得的數(shù)據(jù)，并經(jīng)過一系列計算之后，得到的實驗一幅頻相頻特性曲線如圖所示： 實驗一幅頻特性曲線（實驗） 實驗一相頻特性曲線（實驗） 通過運用公式理論計算得到的曲線如下圖所示： 實驗一幅頻特性曲線（計算） 實驗一相頻特性曲線（計算） 通過matlab仿真所得實驗一中的幅頻相頻特性曲線如下圖所示： 由此可以看出，所測并計算之后得到的幅頻特性曲線與相頻特性曲線和公式計算結(jié)果所得到的曲線非常相近，并且與通過matlab仿真得到的波特圖之間的差距很小，但仍然存在一定誤差。 （2） 實驗二 根據(jù)測得的實驗結(jié)果，在matlab上繪制幅頻特性曲線圖如下圖所示： 實驗二幅頻特性曲線（實驗） 實驗二相頻特性曲線（實驗） 根據(jù)計算結(jié)果，在matlab上繪制幅頻曲線如下圖所示 實驗二幅頻特性曲線（計算） 實驗二相頻特性曲線（計算） 通過matlab程序仿真得到的幅頻與相頻曲線如下圖所示： 由上圖分析可以得到，實驗所測得到的幅頻特性曲線與計算結(jié)果得到的曲線幾乎一樣，并且與matlab仿真的波特圖非常相近。但是實驗所測得到的相頻特性曲線雖然和計算結(jié)果得到的曲線較為溫和，但是卻與matlab仿真得到的相頻曲線有著非常大的差別。這一點的主要原因為：。。。 2. 實驗誤差分析 本次實驗的誤差相對于其他實驗的誤差而言比較大，主要原因有以下幾點： （1） 示波器讀取幅值的時候，由于是用光標(biāo)測量，觀測到的誤差相對來說非常大，尤其是當(dāng)李薩如圖像與x軸的交點接近于零的時候，示波器的光標(biāo)測量讀數(shù)就非常困難了。 （2） 在調(diào)整函數(shù)發(fā)生器的頻率過程中，由于示波器的李薩如圖像模型對于橫坐標(biāo)掃描時間的要求，導(dǎo)致當(dāng)頻率增加的時候，可觀測的點寥寥無幾。只能用display里面的連續(xù)記錄顯示功能來記錄波形。這樣記錄下來的波形，由于本身點走動的時候帶有一定厚度，導(dǎo)致記錄波形的寬度非常大，并且亮度基本一致，無法判斷曲線邊界的具體值，造成的誤差也是非常大的。 （3） 在繪制曲線過程中，由于測量數(shù)據(jù)點有限，而造成繪制曲線與計算值存在一定誤差。 （4） 本次實驗的計算量非常繁瑣且冗雜，對于實驗誤差的影響也是非常大的。 （5） 電阻和電容等非理想元件造成的誤差 3. 思考題 （1） 在實驗中如何選擇輸入的正弦信號的幅值？ 解：先將頻率調(diào)到很大，再是信號幅值應(yīng)該調(diào)節(jié)信號發(fā)生器的信號增益按鈕，令示波器顯示方式為信號-時間模式，然后觀測輸出信號，調(diào)節(jié)頻率，觀察在各個頻段是否失真。 （2） 測試頻率特性時，示波器Y軸輸入開關(guān)為什么選擇直流？ 便于讀取數(shù)據(jù)，使測量結(jié)果更加準(zhǔn)確。 （3） 測試相頻特性時，若把信號發(fā)生器的正弦信號送入Y軸，被測系統(tǒng)的輸出信號送入X軸，則根據(jù)橢圓光點的轉(zhuǎn)動方向，如何確定相位的超前和遲后？ 若將輸入和輸出信號所在的坐標(biāo)軸變換，則判斷超前和滯后的辦法也要反過來，即順時針為滯后，逆時針為超前。 7、 討論、心得 1. 在實驗過程中，一定要耐心仔細(xì)，因為可能會出現(xiàn)李薩如圖像與光軸的兩個交點非常接近于原點，由于曲線本身的寬度，造成的視覺誤差會非常大。所以在用光標(biāo)測量數(shù)據(jù)的時候，一定要非常仔細(xì)耐心，盡可能讓誤差降到最小。 2. 在實驗過程中，隨著頻率的增加，李薩如圖像的顯示光點也會隨之減少，這個時候一定要適當(dāng)調(diào)節(jié)掃描時間，盡量往小調(diào)，讓掃描光點增加，形成比較完整的曲線，以便于測量與觀察。 3. 在做第二個實驗的時候，即使掃描時間已經(jīng)調(diào)到了最小，仍然無法看見完整的曲線，這時，需要摁下示波器上display按鈕，然后點擊是否記錄軌跡，然后就可以讓點完整清晰地將曲線還原回來，從而減小誤差。 4. 在計算過程中，注意認(rèn)真仔細(xì)。計算量繁雜，容易導(dǎo)致計算錯誤，可以多設(shè)幾個變量來解決。 5. 在繪制曲線過程中，如果直接用角速度w的話，有可能會出現(xiàn)小頻率的點比較密集，大頻率的點比較疏松，得到的曲線誤差比較大，并且并不美觀。當(dāng)數(shù)據(jù)相差較大時，我采用了將橫坐標(biāo)求對數(shù)之后，再將新得到的數(shù)據(jù)作為橫坐標(biāo)繪制圖像，則實驗圖像變得非常美觀和清晰，并且具有說服力。 6. 通過本次實驗，我了解到了頻率特性測量的方法以及怎樣求幅頻特性|G(w)|和相頻特性φ(w)的值，并且通過將自己實驗所得曲線、實際計算曲線與matlab仿真之間的對比，將理論、實踐、仿真融為一體，使我更加加深了頻率響應(yīng)曲線的認(rèn)識。這樣的方法，在以后的學(xué)習(xí)過程中，會應(yīng)用的更加廣泛，并且具有非常深遠(yuǎn)的意義。