黃倩0907020232電力系統(tǒng)實驗五典型環(huán)節(jié)和系統(tǒng)頻率特性的測量一、實驗?zāi)康?．了解典型環(huán)節(jié)和系統(tǒng)的頻率特性曲線的測試方法。2．根據(jù)實驗求得的頻率特性曲線求取傳遞函數(shù)。二、實驗設(shè)備同實驗一三、實驗內(nèi)容1．慣性環(huán)節(jié)的頻率特性測試。2．二階系統(tǒng)頻率特性測試。3．無源滯后—超前校正網(wǎng)絡(luò)的頻率特性測試。4．由實驗測得的頻率特性曲線，求取相應(yīng)的傳遞函數(shù)。5．用軟件仿真的方法，求取慣性環(huán)節(jié)和二階系統(tǒng)的頻率特性。四、實驗原理設(shè)G(S)為一最小相位系統(tǒng)〔環(huán)節(jié)〕的傳遞函數(shù)。如在它的輸入端施加一幅值為Xm、頻率為的正弦信號，那么系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出為①由式①得出系統(tǒng)輸出，輸入信號的幅值比②顯然，是輸入X(t)頻率的函數(shù)，故稱其為幅頻特性。如用db〔分貝〕表示幅頻值的大小，那么式②可改寫為③在實驗時，只需改變輸入信號頻率的大小〔幅值不變〕，就能測得相應(yīng)輸出信號的幅值Ym，代入上式，就可計算出該頻率下的對數(shù)幅頻值。根據(jù)實驗作出被測系統(tǒng)(環(huán)節(jié))的對數(shù)幅頻曲線，就能對該系統(tǒng)〔環(huán)節(jié)〕的數(shù)學(xué)模型作出估計。關(guān)于被測環(huán)節(jié)和系統(tǒng)的模擬電路圖，請參見附錄。五、實驗步驟1．利用實驗平臺上的通用電路單元，設(shè)計一個慣性環(huán)節(jié)〔可參考本實驗附錄的圖4-4〕的模擬電路。待檢查電路接線無誤后，接通實驗平臺的電源總開關(guān)，并開啟±5V，±15V直流穩(wěn)壓電源。2．把采集卡接口單元的輸出端DA1、輸入端AD2與電路的輸入端相連，電路的輸出端那么與采集卡接口單元中的輸入端AD1相連。連接好采集卡接口單元與PC上位機(jī)的通信線。待接線完成并檢查無誤后，在PC機(jī)上啟動“THBDC-1”①點擊“通道設(shè)置〞按鈕，選擇相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集通道〔雙通道〕，然后點擊“開始采集〞按鈕，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。②點擊“虛擬示波器〞按鈕，選擇“Bode〞圖顯示模式，然后點擊“開始〞按鈕。③點擊“信號發(fā)生器〞按鈕，選擇“正弦波信號〞，并設(shè)置好信號幅值，然后點擊“變頻輸出〔頻率范圍為0.1～30Hz〕〞及“開始〞按鈕，即可觀測環(huán)節(jié)的幅頻特性。注：②與③操作順序不可顛倒。④點擊“暫停〞及“存儲〞按鈕〞，保存實驗波形。3．利用實驗平臺上的通用電路單元，設(shè)計一個二階閉環(huán)系統(tǒng)〔可參考本實驗附錄的圖4-7〕的模擬電路。完成二階系統(tǒng)閉環(huán)頻率特性曲線的測試，并求取其傳遞函數(shù)。具體操作步驟請參考本實驗步驟2。4．點擊“仿真平臺〞按鈕，根據(jù)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)在“傳遞函數(shù)〞欄中填入該電路實際傳遞函數(shù)的參數(shù)，觀測該電路的仿真曲線〔Bode圖〕，并與電路模擬研究的結(jié)果相比擬。5．根據(jù)實驗時存儲的波形完成實驗報告。六、實驗報告要求1．寫出被測環(huán)節(jié)和系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，并畫出相應(yīng)的模擬電路圖。2．把實驗測得的數(shù)據(jù)和理論計算數(shù)據(jù)列表，繪出它們的Bode圖，并分析實測的Bode圖產(chǎn)生誤差的原因。3．用上位機(jī)實驗時，根據(jù)由實驗測得二階閉環(huán)頻率特性曲線，寫出該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。七、實驗思考題1．在實驗中如何選擇輸入正弦信號的幅值？2．用示波器測試相頻特性時，假設(shè)把信號發(fā)生器的正弦信號送入Y軸，被測系統(tǒng)的輸出信號送至X軸，那么根據(jù)橢圓光點的轉(zhuǎn)動方向，如何確定相位的超前和滯后？3．根據(jù)上位機(jī)測得的Bode圖的幅頻特性，就能確定系統(tǒng)〔或環(huán)節(jié)〕的相頻特性，試問這在什么系統(tǒng)時才能實現(xiàn)？八、附錄1．Bode圖的測試方法1)用示波器測量幅頻特性改變輸入信號的頻率，測出相應(yīng)的幅值比，并計算〔db〕其測試框圖如下所示：圖4-2幅頻特性的測試圖2〕用PC機(jī)〔利用上位機(jī)提供的虛擬示波器和信號發(fā)生器〕圖4-3用虛擬示波器測幅頻特性的方框圖2．慣性環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)和電路圖為圖4-4慣性環(huán)節(jié)的電路圖其中C=1uF，R1=100K，R2=100K，R0=200K其幅頻特性為圖4-5慣性環(huán)節(jié)的幅頻特性實驗臺上的參考單元：U7、U53．二階系統(tǒng)傳遞函數(shù)和方框圖為：，〔過阻尼〕圖4-6典型二階系統(tǒng)的方框圖其模擬電路圖為圖4-7典型二階系統(tǒng)的電路圖其中Rx可調(diào)。這里可取100K、10K兩個典型值。其幅頻特性為圖4-8典型二階系統(tǒng)的幅頻特性實驗臺上的參考單元：U6、U10、U54．無源滯后—超前校正網(wǎng)絡(luò)其模擬電路圖為圖4-9無源滯后—超前校正網(wǎng)絡(luò)其中R1=100K，R2=100K，C1=0.1uF，C2=1uF其傳遞函數(shù)為其幅頻特性為圖4-10無源滯后