自动控制原理实验报告四.docx

1、自动控制原理实验报告四自动控制原理实验报告实验时间：201X年X 月X 日 地点：XXXX实验报告人(签名)：倪马 同组实验人(签名)：1实验名称：线性系统的频域分析2实验目的：(1)掌握二阶开环系统的对数频率特性、幅相频率特性、实频特性和虚频特性；掌握欠阻尼二阶闭环系统中的自然频率、阻尼比对开环参数幅值穿越频率、相位裕度的影响，以及幅值穿越频率和相位裕度的计算；(3)掌握二阶开环系统对数频率特性曲线和幅相频率特性曲线的特点及绘制方法。3实验内容：(1)根据实验讲义上模拟电路图和接线要求，在 LabACTn自控/计控原理实验机的对应接口上连接好线路；(2 )根据实验讲义的具体要求进行“运行”操

2、作，并观察实验曲线，根据曲线计算对应参数一阶惯性环节的转折频率、 二阶闭环系统的谐振频率，r &皆振峰值L( r),改变被测系统的各项电路参数，画出其系统模拟电路图。4实验步骤4.1实验操作4.1.1 一阶惯性环节的频率特性曲线惯性环节的频率特性测试电路见图 3-2-1，改变被测系统的各项电路参数，画出其系统模拟电路图，及频率特性曲线，並计算和测量其转折频率，填入实验报告。一阶惯性环节的转折频率： 1 / TRZ 100K图3-2-1 惯性环节的频率特性测试电路图3-2-1电路的增益 K=1，惯性时间常数 T=0.1，转折频率： =1/T =0.1rad/s实验内容及步骤（1） 构造模拟电路：

3、按图 3-2-1安置短路套及插孔连线。（2） 运行、观察、记录：1选择系统的频域分析/一阶惯性环节频率特性曲线， 将弹出频率特性扫描点设置表，用户可在，频率特性扫描点？设置表中根据需要填入各个扫描点角频率，设置完后，点击确 认后，将弹出，频率特性曲线？实验界面，点击开始，即可按表中规定的角频率值，按 序自动产生多种频率信号，画出频率特性曲线。2测试结束后（约五分钟），将显示被测系统的对数幅频、相频特性曲线（伯德图）和幅相曲线（奈奎斯特图），界面“显示选择”选择了“伯德图” 。3在频率特性曲线界面上移动各标尺测量出一阶惯性环节的转折频率。4.1.2二阶开环系统的频率特性曲线频率特性测试电路如图

4、3-2-2所示，其中惯性环节（A3单元）的R用元件库A11中可变 电阻取代。图3-2-2二阶闭环系统模拟电路的环节参数：积分环节（ A2单元）的积分时间常数 Ti=R1*C 仁1 秒，惯性环节（A3单元）的惯性时间常数 T=R3*C2=0.1秒，开环增益 K=R3/R。设开环增 益 K=25 （ R=4K ）,1 被测系统模拟电路图的构成如图 3-2-2所示（同二阶闭环系统频率特性测试构成） ，测试其幅值穿越频率c、相位裕度 。2.改变被测系统的各项电路参数，画出其系统模拟电路图，及开环频率特性曲线，並 计算和测量其幅值穿越频率 c、相位裕度 ，填入实验报告。实验内容及步骤（1） 构造模拟电路

5、：安置短路套及插孔连线表同笫 3.2.2节二阶闭环系统的频率特 性曲线测试。（2） 运行、观察、记录：1选择系统的频域分析/二阶开环系统频率特性曲线， 将弹出频率特性扫描点设置表，用户可在设置表中根据需要填入各个扫描点角频率， 设置完后，点击确认后，将弹出，频率特性曲线？实验界面，点击开始，即可按表中规定的角频率值，按序自动产生多种频率 信号，画出频率特性曲线。2测试结束后（约五分钟），将显示被测系统的对数幅频、相频特性曲线（伯德图）和幅相曲线（奈奎斯特图），界面“显示选择”选择了 “开环 -伯德图”和“奈氏图”。3幅频穿越频率-C ,相位裕度丫的测试在开环对数幅频曲线中，移动 L标尺和标尺到

6、曲线L（）=0处，可读出幅频穿越频率七。4穿越频率c自动搜索点击搜索穿越频率键， 将自动搜索并补充搜索过的点， 直到搜索到谐振频率，自动停止搜索，该点测试成功后，在特性曲线上将出现 潢色勺点，即谐振频率，同时在界面右侧显示该系统的穿越频率角频率点，及该点的 L、Im、Re。界面 显示选择”选择了开环-伯德图”。由于本实验机所用的电容误差较大，因此其实验结果的计算值进行比对有误差。 。注：搜索时，请确保谐振峰值的两侧各有已测的测试点！5在开环幅相特性曲线上测量相位裕度 丫在开环幅相特性界面区域内点击一下， 则会出现相位裕度的标尺， 然后拖动该标尺使之与单位圆与系统奈奎斯特曲线交点相交，标尺与负实

7、轴的夹角，即为系统的开环相位裕度 y界面“显示选择”选择了 “开环 -伯德图”。4.2实验现象421 阶惯性环节的频率特性曲线(1) R2=50K C=J 时(2) R2=100K C=1u 时(3) R2=100K C=2卩时4.2.2二阶开环系统的频率特性曲线(4) 3= 2卩，R2=100K R=4K时，其它条件如原电路图不变(5) 3=九，R2=100K R=4K时，其它条件如原电路图不变(6) 3= 2卩，R2=200K R=4K时，其它条件如原电路图不变(7) 3= 2卩，R2=50K R=4K时，其它条件如原电路图不变(8) 3= 2卩，R2=100K R=10K时，其它条件如原

8、电路图不变4.3实验结果及其分析431 阶惯性环节的频率特性曲线(1)电路图及公式电路的增益K=1，惯性时间常数 T=0.1，转折频率： = 1/T = O.lrad/s(2)测量值R2C惯性时间常数T转折频率3 =1/T实测值计算值误差也50K10.05s19.26203.7%100K1 10.1s9.84101.6%100K2 10.2s4.9850.4%432二阶开环系统的频率特性曲线（1）电路图及公式图3-2-2二阶闭环系统模拟电路的环节参数：积分环节（A2单元）的积分时 间常数Ti=R1*C 1=1秒，惯性环节（A3单元）的惯性时间常数 T=R3*C2=0.1秒，开环增益K=R3/R

9、 设开环增益K=25（ R=4K ）。（2）测量及计算值根据公式 二arctan 2 ， = . 1 4 4 -22求出丫及3 c的计师离盲2叫R1=500K C2=g。C1R2RK=R2/RTi=R1*C1T=R2*C253 n2 i100K4K251s0.1s0.3215.811 i100K4K250.5s0.1s0.2222.362 i200K4K251s0.2s0.2211.182 i50K4K251s0.05s0.4522.362 i100K10K101s0.1s0.50103 cY计算值实测值误差虫计算值实测值误差虫14.2813.882.8%35.3234.32.89%21.3120.016.1%24.7927.711.74%10.6514.9440.28%24.7917.629%18.3610.4343.19%47.6361.328.7%12.437.5039.66%51.8350.42.76%