控制系统典型环节的模拟.docx
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控制系统典型环节的模拟
本科实验报告
课程名称：
自动控制原理实验
姓名：
学院（系）：
专业：
控制
学号：
指导教师：
浙江大学实验报告
实验项目名称：
控制系统典型环节的模拟
同组学生姓名：
实验地点：
月牙楼301实验日期：
一、实验目的
1、掌握用图形法测试线性系统的频率特性。
2、根据所测得的频率特性，写出系统的传递函数。
二、实验仪器
1）控制理论电子模拟实验箱一台
2）超低频慢扫描示波器一台
3）万用表一只
三、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X（t）=Xmsinωt，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频率ω的改
变而改变。
即输出信号为：
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（jω）和它们的相位差ψ（ω）=argG（jω）。
不断改变信号X（t）的频率，就可测得被测环节（系统）的幅频特性G（jω）和相频特性ψ（ω）。
本实验采用李沙育图形法，图3-1为测试的方框图。
在表3-1中列出了超前和滞后时相位的计算公式和光点的转向。
表中2Y0为椭圆与Y轴交点之间的长度，2X0为椭圆与X轴交点之间距离，Xm和Ym分
别为X（t）和Y（t）的幅值。
1、惯性环节的频率特性的测试
令G（s）=1/（0.5s+1），则其相应的模拟电路如图3-2所示。
测量时示波器的X轴停止
扫描，把扫频电源的正弦信号同时送到被测环节的输入端和示波器的X轴，被测环节的输
出送到示波器的Y轴，如图3-3所示。
图3-5对应的开环传递函数为
与式
（1）对应的模拟电路图如图3-6所示，将图3-6按图3-3和图3-4的接线，用典型环
节频率特性测试完全相同的方法测试图3-5所示的开环系统的频率特性，并将测得的数据，
分别填入3-4表中。
四、实验数据
相频特性
ω/Hz
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
X0/V
4.06
4.2
4.22
4.4
4.32
4.28
4.0
Xm/V
4.5
4.5
4.5
4.5
4.5
4.5
4.5
ψ
65
69
70
78
74
72
63
幅频特性
ω/Hz
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
2Y1m/V
9
9
9
9
9
9
9
2Y2m/V
0.38
0.42
0.46
1.2
1.72
2.6
2.22
2Y1m/2Y2m
0.04
0.05
0.051
0.13
0.20
0.29
0.25
20lg2Y2m/2Y1m
27
26.6
26
17.5
14.4
10.8
12.1
G（s）=
部分实验截图（有些图格式保存错误打不开了）
相频特性
ω/（*2πHz）
0.18
0.67
1
2
3
5
6
X0/V
0.66
0.73
0.78
0.58
0.43
0.29
0.24
Xm/V
0.88
0.8
0.85
0.86
0.82
0.77
0.67
ψ
49
66
66.5
42
32
22
21
幅频特性
ω/（*2πHz）
0.18
0.67
1
2
3
5
6
2Y1m/V
1.76
1.6
1.7
1.72
1.64
1.54
1.34
2Y2m/V
8.64
3.04
1.94
0.592
0.216
0.06
0.036
2Y1m/2Y2m
0.20
0.53
0.88
2.9
7.6
25.7
37.2
20lg2Y1m/2Y2m
14
5.6
1.1
-9.3
-17.6
-28
-31.4
根据图像可知
G（s）=
部分实验截图（有些图格式保存错误打不开了）
误差的产生可能是由于测试过程中可变电阻的调节上不是很精确。
以及连接线路上接触不好及读数时的人为的误差等原因造成的
五、实验思考题
1、测试相频特性时，若把信号发生器的正弦信号送入Y轴，而把被测系统的输出信号
送入X轴，试问这种情况下如何根据旋转的光点方向来确定相位的超前和滞后？
答：
顺时针时为滞后，逆时针时为超前.
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