本文格式為Word版，下載可任意編輯——試驗三線性系統(tǒng)的頻率響應(yīng)分析試驗三線性系統(tǒng)的頻率響應(yīng)分析

在經(jīng)典控制理論中，采用時域分析法研究系統(tǒng)的性能，是一種比較確鑿和直觀的分析法。但是，在應(yīng)用中也常會遇到一些困難。其一，對于高階系統(tǒng)，其性能指標(biāo)不易確定；其二，難于研究參數(shù)和結(jié)構(gòu)變化對系統(tǒng)性能的影響。而頻率響應(yīng)法是應(yīng)用頻率特性研究自動控制系統(tǒng)的一種經(jīng)典方法，它彌補了時域分析分析法的某些不足。

一、試驗?zāi)康?/p>

1、把握波特圖的繪制方法及由波特圖來確定系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)。2、把握試驗方法測量系統(tǒng)的波特圖。

二、試驗設(shè)備

PC機一臺、TD-ACC教學(xué)試驗系統(tǒng)一套

三、試驗原理及內(nèi)容

（一）試驗原理1、頻率特性

當(dāng)輸入正弦信號時，線性系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)具有隨頻率（w由0變至∞）而變化的特性。根據(jù)控制系統(tǒng)對正弦輸入信號的響應(yīng)，可推算出系統(tǒng)在任意周期信號或非周期信號作用下的運動狀況。

2、頻率特性的表達方式

（1）對數(shù)頻率特性：又稱波特圖，它包含對數(shù)幅頻和對數(shù)相頻兩條曲線。（2）極坐標(biāo)圖（又稱為乃奎斯特圖）（3）對數(shù)幅相圖（又稱為尼克爾斯圖）

本次試驗采用對數(shù)頻率特性圖來進行頻率響應(yīng)分析的研究。試驗中提供了兩種試驗測試方法：直接測量和間接測量。

（二）試驗內(nèi)容

1、間接頻率特性測量方法

用來測量閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)特性，由于有些線性系統(tǒng)的開環(huán)時域響應(yīng)曲線發(fā)散，幅值不易測量，可將其構(gòu)成閉環(huán)反饋穩(wěn)定系統(tǒng)后，通過測量信號源、反饋信號、誤差信號的關(guān)系，從而推導(dǎo)出對象的開環(huán)頻率特性。

①對象為積分環(huán)節(jié)：1/0.1S

由于積分環(huán)節(jié)的開環(huán)時域響應(yīng)曲線不收斂，穩(wěn)態(tài)幅值無法測出，我們采用間接測量方法，將其構(gòu)成閉環(huán)，根據(jù)閉環(huán)時的反饋及誤差的相互關(guān)系，得出積分環(huán)節(jié)的頻率特性。

②將積分環(huán)節(jié)構(gòu)成單位負反饋，模擬電路構(gòu)成如圖3.1-1

圖3.1-1

③理論依據(jù)

圖3.1-1所示的開環(huán)頻率特性為：

采用對數(shù)幅頻特性和相頻特性表示，則上式表示為：

其中G（jw）為積分環(huán)節(jié)，所以只要將反饋信號、誤差信號的幅值及相位按上式計算出來即可得積分環(huán)節(jié)的波特圖。

④測量方式：試驗采用間接測量方式，只須用兩路表筆CHI和CH2來測量

圖3.1-1中的反饋測量點和誤差測量點，通過移動游標(biāo)，確定兩路信號和輸入信號之間的相位和幅值關(guān)系，即可間接得出積分環(huán)節(jié)的波特圖。

2、直接頻率特性的測量

用來直接測量對象的輸出頻率特性，適用于時域響應(yīng)曲線收斂的對象（如：慣性環(huán)節(jié)）。該方法在時域曲線窗口將信號源和被測系統(tǒng)的響應(yīng)曲線顯示出來，直接測量對象輸出與信號源的相位差及幅值衰減狀況，就可以得到對象的頻率特性。

①試驗對象：選擇一階慣性傳遞函數(shù)：

②結(jié)構(gòu)框圖

圖3.1-2

③模擬電路圖

圖3.1-3

④測量方式：試驗中選擇直接測量方式，用CH1路表筆測輸出測量端，通過移動游標(biāo)，測得輸出與信號源的幅值和相位關(guān)系，直接得出一階慣性環(huán)節(jié)的頻率特性。

3、本試驗利用教學(xué)試驗系統(tǒng)提供的頻率特性測試虛擬儀器進行測試，畫出

對象波特圖。

①試驗對象的結(jié)構(gòu)框圖

圖3.1-4

②模擬電路圖：

圖3.1-5

四、試驗步驟:

此次試驗，采用直接測量方法測量對象的閉環(huán)頻率特性及間接測量方法測量對象的頻率特性。

1．試驗接線：按模擬電路圖3.1-5接線，將信號源單元的“ST〞插針分別與“S〞插針和“+5V〞插針斷開，運放的鎖零控制端“ST〞此時接至示波器單元的“SL〞插針處，鎖零端受“SL〞來控制。將示波器單元的“SIN〞接至圖3.1-5中的信號輸入端，

2．直接測量方法(測對象的閉環(huán)頻率特性)

(1)“CH1〞路表筆插至圖3.1-5中的4＃運放的輸出端。

(2)開啟集成軟件中的頻率特性測量界面，彈出時域窗口，點擊按鈕，在彈出的窗口中根據(jù)需要設(shè)置好幾組正弦波信號的角頻率和幅值，選擇測量方式為“直接〞測量，每組參數(shù)應(yīng)選擇適合的波形比例系數(shù)，

（3）確認設(shè)置的各個參數(shù)后，點擊

按鈕發(fā)送一組參數(shù)，顯示時域