控制系统的频率特性分析实验报告.docx
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控制系统的频率特性分析实验报告
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控制系统的频率特性分析实验报告
篇一：
控制系统频率特性实验
实验名称控制系统的频率特性实验序号3实验时间学生姓名学号专业班级年级
指导教师实验成绩
一、实验目的：
研究控制系统的频率特性，及频率的变化对被控系统的影响。
二、实验条件：
1、台式计算机
2、控制理论&计算机控制技术实验箱ThKKL-4系列
3、ThKKL仿真软件
三、实验原理和内容：
1．被测系统的方块图及原理被测系统的方块图及原理：
图3—1被测系统方块图
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ω为参数的幅
值和相角。
本实验应用频率特性测试仪测量系统或环节的频率特性。
图4—1所示系统的开环频率特性为：
采用对数幅频特性和相频特性表示，则式（3—2）表示为：
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
加于被测系统的输入端[r（t）]，然后分别测量相应的反馈信号[b（t）]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器件运算后在显示器中显示。
根据式（3—3）和
式（3—4）分别计算出各个频率下的开环对数幅值和相位，在半对数坐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－90°（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。
2．被测系统的模拟电路图被测系统的模拟电路图：
见图3－2
注意：
所测点-c（t）、-e（t）由于反相器的作用，输出均为负值，若要测其正的输出点，可分别在-c（t）、-e（t）之后串接一组1/1的比例环节，比例环节的输出即为c（t）、e（t）的正输出。
四、实验步骤：
在此实验中，利用TKKL-4型系统中的u15D/A转换单元将提供频率和幅值均可调的基准正弦信号源，作为被测对象的输入信号，而TKKL-4型系统中测量单元的ch1通道用来观测被测环节的输出（本实验中请使用频率特性分析示波器），选择不同角频率及幅值的正弦信号源作为对象的输入，可测得相应的环节输出，并在pc机屏幕上显示，我们可以根据所测得的数据正确描述对象的幅频和相频特性图。
具体实验步骤如下：
（1）将u15D/A转换单元的ouT端接到对象的输入端。
（2）将测量单元的ch1（必须拨为乘1档）接至对象的输出端。
（3）将u1信号发生器单元的sT和s端断开，用1号实验导线将sT端接至cpu单元中的pb10。
（由于在每次测量前，应对对象进行一次回零操作，sT即为对象锁零控制端，在这里，我们用8255的pb10口对sT进行程序控制）
（4）在pc机上输入相应的角频率，并输入合适的幅值，按enTeR键后，输入的角频率开始闪烁，直至测量完毕时停止，屏幕即显示所测对象的输出及信号源，移动游标，可得到相应的幅值和相位。
（5）如需重新测试，则按“new”键，系统会清除当前的测试结果，并等待输入新的角频率，准备开始进行下次测试。
（6）根据测量在不同频率和幅值的信号源作用下系统误差e（t）及反馈c（t）的幅值、相对于信号源的相角差，用户可自行计算并画出闭环系统的开环幅频和相频曲线。
实验数据处理及被测系统的对数幅频曲线和相频曲线
表3-1实验数据（ω=2π
f）
五、实验记录结果：
六、实验讨论和总结：
篇二：
控制系统的频域分析实验报告
课程名称：
控制理论乙指导老师：
成绩：
__________________实验名称：
控制系统的频域分析实验类型：
________________同组学生姓名：
__________
一、实验目的和要求
用计算机辅助分析的方法，掌握频率分析法的三种方法，即bode图、nyquist曲线、nichols图。
二、实验内容和原理
（一）实验原理
1．bode（波特）图
设已知系统的传递函数模型：
b1sm?
b2sm?
1?
?
?
?
?
bm?
1h（s）?
nn?
1a1s?
a2s?
?
?
?
?
an?
1
则系统的频率响应可直接求出：
b1（j?
）m?
b2（j?
）m?
1?
?
?
?
?
bm?
1h（j?
）?
nn?
1a1（j?
）?
a2（j?
）?
?
?
?
?
an?
1
mATLAb中，可利用bode和dbode绘制连续和离散系统的bode图。
2．nyquist（奈奎斯特）曲线
nyquist曲线是根据开环频率特性在复平面上绘制幅相轨迹，根据开环的nyquist线，可判断闭环系统的稳定性。
反馈控制系统稳定的充要条件是，nyquist曲线按逆时针包围临界点（-1，j0）p圈，为开环传递函数位于右半s一平面的极点数。
在mATLAb中，可利用函数nyquist和dnyquist绘出连续和离散系统的乃氏曲线。
3．nicho1s（尼柯尔斯）图
根据闭环频率特性的幅值和相位可作出nichols图，从而可直接得到闭环系统的频率特性。
在
mATLAb中，可利用函数nichols和dnichols绘出连续和离散系统的nichols图。
（二）实验内容
1．一系统开环传递函数为
h（s）?
50（s?
1）（s?
5）（s?
2）
绘制系统的bode图，判断闭环系统的稳定性，并画出闭环系统的单位冲击响应。
2．一多环系统
g（s）?
16.7s（0.85s?
1）（0.25s?
1）（0.0625s?
1）
其结构如图所示
试绘制nyquist频率曲线和nichols图，并判断稳定性。
（三）实验要求
1．编制mATLAb程序，画出实验所要求的bode图、nyquist图、nichols图。
2．在simulink仿真环境中，组成系统的仿真框图，观察单位阶跃响应曲线并记录之。
三、主要仪器设备
计算机一台以及matlab软件，simulink仿真环境
四、操作方法与实验步骤
1、程序解决方案：
在mATLAb中建立文件pinyu.m，其程序如下：
其输出的曲线如下
篇三：
实验四控制系统频率特性的测试（实验报告）
实验四控制系统频率特性的测试
一．实验目的
认识线性定常系统的频率特性，掌握用频率特性法测试被控过程模型的原理和方法，根据开环系统的对数频率特性，确定系统组成环节的参数。
二．实验装置
（1）微型计算机。
（2）自动控制实验教学系统软件。
三．实验原理及方法
（1）基本概念
一个稳定的线性定常系统，在正弦信号的作用下，输出稳态与输入信号关系如下：
幅频特性相频特性
（2）实验方法
设有两个正弦信号：
若以x（?
t）为横轴，以y（?
t）为纵轴，而以?
t作为参变量，则随?
t的变化，x（?
t）和
y（?
t）所确定的点的轨迹，将在x--y平面上描绘出一条封闭的曲线（通常是一个椭圆）。
这
就是所谓“李沙育图形”。
由李沙育图形可求出xm，Ym，φ，
四．实验步骤
（1）根据前面的实验步骤点击实验七、控制系统频率特性测试菜单。
（2）首先确定被测对象模型的传递函数,预先设置好参数
T1、T2、ξ、K
（3）设置好各项参数后，开始仿真分析，首先做幅频测试，按所得的频率范围由低到高，及ω由小到大慢慢改变，特别是在转折频率处更应该多取几个点
五.数据处理
（一）第一种处理方法：
（1）得表格如下：
（2）作图如下：
（二）第二种方法：
由实验模型即，由制bode图，绘制bode图。
实验设置模型根据理论计算结果绘
（三）误差分析
两图形的大体趋势一直，从而验证了理论的正确性。
在拐点处有一定的差距，在某些点处也存在较大的误差。
分析：
（1）在读取数据上存在较大的误差，而使得理论结果和实验结果之间存在。
（2）在数值应选取上太合适，而使得所画出的bode图形之间存在较大的差距。
（3）在实验计算相角和幅值方面本来就存在着近似，从而使得误差存在，而使得两个图形之间有差异
六.思考讨论
（1）是否可以用“李沙育”图形同时测量幅频特性和想频特性答：
可以。
在实验过程中一个频率可同时记录2xm，2Ym，2y0。
（2）讨论用“李沙育图形”测量频率特性的精度，即误差分析（说明误差的主要来源）答：
用“李沙育图形”测量频率特性的精度从上面的分析处理上也可以看出是比较高的，但是在实验结果和理论的结果之间还是存在一定的差距，这些误差主要来自于从“李沙育图形”上读取数据的时候存在的误差，也可能是计算机精度方面的误差。
（3）对用频率特性测试系统数学模型方法的评测
答：
用这种方法进行此次实验能够让我们更好地了解其过程，原理及方法。
但本次实验的数据量很大，需要读取较多坐标，教学软件可以更智能一些，增加一些自动读取坐标的功能。
七.实验总结
通过本次实验，我加深了对线性定常系统的频率特性的认识，掌握了用频率特性法测试被控过程模型的原理和方法。
使我把书本知识与实际操作联系起来，加深了对课程内容的理解。
在处理数据时，需要进行一定量的计算，这要求我们要细心、耐心，作图时要注意不能用普通坐标系，而是半对数坐标系进行作图。
附：
轨迹曲线
0.1
1.1
0.5
0.9
1
1.1
1.4
4
9
10
11
20
30
50
100
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