實(shí)驗(yàn)三 頻率特性曲線測(cè)試

1364957203實(shí)驗(yàn)三頻率特性曲線測(cè)試3.2.3二階閉環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私夂驼莆斩A閉環(huán)系統(tǒng)中的對(duì)數(shù)幅頻特性和相頻特性，實(shí)頻特性和虛頻特性的計(jì)算。了解和掌握欠阻尼二階閉環(huán)系統(tǒng)中的自然頻率ωn、阻尼比ξ對(duì)諧振頻率ωr和諧振峰值L(ωr)的影響及ωr和L(ωr)的計(jì)算。觀察和分析欠阻尼二階開環(huán)系統(tǒng)的諧振頻率ωr、諧振峰值L(ωr)，并與理論計(jì)算值作比對(duì)。改變被測(cè)系統(tǒng)的電路參數(shù)，畫出閉環(huán)頻率特性曲線，觀測(cè)諧振頻率和諧振峰值，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。二．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1．被測(cè)系統(tǒng)模擬電路圖的構(gòu)成如圖3-2-3所示，觀測(cè)二階閉環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線，測(cè)試其諧振頻率、諧振峰值。2．改變被測(cè)系統(tǒng)的各項(xiàng)電路參數(shù)，畫出其系統(tǒng)模擬電路圖，及閉環(huán)頻率特性曲線，並計(jì)算和測(cè)量系統(tǒng)的諧振頻率及諧振峰值，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。圖3-2-3二階閉環(huán)系統(tǒng)頻率特性測(cè)試電路實(shí)驗(yàn)步驟： （1）將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（B2）輸出OUT2作為被測(cè)系統(tǒng)的輸入。（2）構(gòu)造模擬電路：按圖3-2-3安置短路套及測(cè)孔聯(lián)線，表如下。（a）安置短路套（b）測(cè)孔聯(lián)線模塊號(hào)跨接座號(hào)1A1S4，S82A2S2，S11，S123A3S8，S95A6S2，S61信號(hào)輸入B2（OUT2）→A1（H1）2運(yùn)放級(jí)聯(lián)A1（OUT）→A2（H1）3運(yùn)放級(jí)聯(lián)A3（OUT）→A6（H1）4負(fù)反饋A3（OUT）→A1（H2）6相位測(cè)量A6（OUT）→A8（CIN1）7A8（COUT1）→B8（IRQ6）8幅值測(cè)量A6（OUT）→B7（IN4）9跨接元件（4K）元件庫A11中可變電阻跨接到A2A（OUTA）和A3（IN）之間（3）運(yùn)行、觀察、記錄：①將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（B2）輸出OUT2作為被測(cè)系統(tǒng)的輸入，運(yùn)行LABACT程序，在界面的自動(dòng)控制菜單下的線性控制系統(tǒng)的頻率響應(yīng)分析實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，選擇二階系統(tǒng)，就會(huì)彈出‘頻率特性掃描點(diǎn)設(shè)置’表。在該表中用戶可根據(jù)自己的需要填入各個(gè)掃描點(diǎn)頻率（本實(shí)驗(yàn)機(jī)選取的頻率值f，以0.1Hz為分辨率），如需在特性曲線上標(biāo)注顯示某個(gè)掃描點(diǎn)的角頻率ω、幅頻特性L(ω)或相頻特性φ(ω)，則可在該表的掃描點(diǎn)上方小框內(nèi)點(diǎn)擊一下（打√）。設(shè)置完后，點(diǎn)擊確認(rèn)后將彈出虛擬示波器的頻率特性界面，點(diǎn)擊開始，即可按‘頻率特性掃描點(diǎn)設(shè)置’表規(guī)定的頻率值，實(shí)現(xiàn)頻率特性測(cè)試。②測(cè)試結(jié)束后（約十分鐘），可點(diǎn)擊界面下方的“頻率特性”選擇框中的任意一項(xiàng)進(jìn)行切換，將顯示被測(cè)系統(tǒng)的閉環(huán)對(duì)數(shù)幅頻、相頻特性曲線（伯德圖）和幅相曲線（奈奎斯特圖）。③顯示該系統(tǒng)用戶點(diǎn)取的頻率點(diǎn)的ω、L、、Im、Re實(shí)驗(yàn)機(jī)在測(cè)試頻率特性結(jié)束后，將提示用戶用鼠標(biāo)直接在幅頻或相頻特性曲線的界面上點(diǎn)擊所需增加的頻率點(diǎn)（為了教育上的方便，本實(shí)驗(yàn)機(jī)選取的頻率值f，以0.1Hz為分辨率，例如所選擇的信號(hào)頻率f值為4.19Hz，則被認(rèn)為4.1Hz送入到被測(cè)對(duì)象的輸入端），實(shí)驗(yàn)機(jī)將會(huì)把鼠標(biāo)點(diǎn)取的頻率點(diǎn)的頻率信號(hào)送入到被測(cè)對(duì)象的輸入端，然后檢測(cè)該頻率的頻率特性。檢測(cè)完成后在界面上方顯示該頻率點(diǎn)的f、ω、L、、Im、Re相關(guān)數(shù)據(jù)，同時(shí)在曲線上打‘十字標(biāo)記’。如果增添的頻率點(diǎn)足夠多，則特性曲線將成為近似光滑的曲線。 鼠標(biāo)在界面上移動(dòng)時(shí)，在界面的左下角將會(huì)同步顯示鼠標(biāo)位置所選取的角頻率ω值及幅值或相位值。④諧振頻率和諧振峰值的測(cè)試：在閉環(huán)對(duì)數(shù)幅頻曲線中用鼠標(biāo)在曲線峰值處點(diǎn)擊一下，待檢測(cè)完成后就可以根據(jù)‘十字標(biāo)記’測(cè)得該系統(tǒng)的諧振頻率ωr，諧振峰值L(ωr)。諧振頻率ωr諧振頻率ωr諧振峰值L(ωr)圖3-2-4被測(cè)二階閉環(huán)系統(tǒng)的對(duì)數(shù)幅頻曲線三．實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：按下表改變圖3-2-3所示的實(shí)驗(yàn)被測(cè)系統(tǒng)：開環(huán)增益K（A3）慣性常數(shù)T（A3）積分常數(shù)Ti（A2）諧振頻率（rad）諧振峰值（dB）計(jì)算值測(cè)量值計(jì)算值測(cè)量值250.110.20.3200.10.50.2改變開環(huán)增益K（A3）、慣性時(shí)間常數(shù)T（A3）、積分常數(shù)Ti（A2），畫出其系統(tǒng)模擬電路圖，及開環(huán)頻率特性曲線，並計(jì)算和測(cè)量系統(tǒng)的諧振頻率及諧振峰值，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。3.2.4二階開環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解和掌握Ⅰ型二階開環(huán)系統(tǒng)中的對(duì)數(shù)幅頻特性和相頻特性，實(shí)頻特性和虛頻特性的計(jì)算。2．了解和掌握欠阻尼Ⅰ型二階閉環(huán)系統(tǒng)中的自然頻率、阻尼比ξ對(duì)開環(huán)參數(shù)幅值穿越頻率和相位裕度的影響，及幅值穿越頻率和相位裕度的計(jì)算。3．研究表征系統(tǒng)穩(wěn)定程度的相位裕度和幅值穿越頻率對(duì)系統(tǒng)的影響。4．了解和掌握Ⅰ型二階開環(huán)系統(tǒng)對(duì)數(shù)幅頻曲線、相頻曲線、和幅相曲線的構(gòu)造及繪制方法二．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1．被測(cè)系統(tǒng)模擬電路圖的構(gòu)成如圖3-2-3所示（同Ⅰ型二階閉環(huán)系統(tǒng)頻率特性測(cè)試構(gòu)成），測(cè)試其幅值穿越頻率、相位裕度。2．改變被測(cè)系統(tǒng)的各項(xiàng)電路參數(shù)，畫出其系統(tǒng)模擬電路圖，及開環(huán)頻率特性曲線，並計(jì)算和測(cè)量其幅值穿越頻率、相位裕度，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)步驟：（1）將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（B2）輸出OUT2作為被測(cè)系統(tǒng)的輸入。（2）構(gòu)造模擬電路：安置短路套及測(cè)孔聯(lián)線表同笫3.2.2節(jié)《二階閉環(huán)系統(tǒng)的頻率特性曲線測(cè)試》。（3）運(yùn)行、觀察、記錄：①將數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（B2）輸出OUT2作為被測(cè)系統(tǒng)的輸入，運(yùn)行LABACT程序，在界面的自動(dòng)控制菜單下的線性控制系統(tǒng)的頻率響應(yīng)分析實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，選擇二階系統(tǒng)，就會(huì)彈出‘頻率特性掃描點(diǎn)設(shè)置’表，在該表中用戶可根據(jù)自己的需要填入各個(gè)掃描點(diǎn)（本實(shí)驗(yàn)機(jī)選取的頻率值f，以0.1Hz為分辨率），如需在特性曲線上直接標(biāo)注顯示某個(gè)掃描點(diǎn)的角頻率ω、幅頻特性L(ω)或相頻特性φ(ω)，則可在該表的掃描點(diǎn)上小框內(nèi)點(diǎn)擊一下（打√）。確認(rèn)后將彈出虛擬示波器的頻率特性界面，點(diǎn)擊開始，即可按‘頻率特性掃描點(diǎn)設(shè)置’表規(guī)定的頻率值，實(shí)現(xiàn)頻率特性測(cè)試。②待實(shí)驗(yàn)機(jī)把閉環(huán)頻率特性測(cè)試結(jié)束后，再在示波器界面左上角的紅色‘開環(huán)’或‘閉環(huán)’字上雙擊，將在示波器界面上彈出‘開環(huán)／閉環(huán)’選擇框，點(diǎn)擊確定后，示波器界面左上角的紅字，將變?yōu)椤_環(huán)’然后再在示波器界面下部‘頻率特性’選擇框點(diǎn)擊（任一項(xiàng)），在示波器上將轉(zhuǎn)為‘開環(huán)’頻率特性顯示界面?？牲c(diǎn)擊界面下方的“頻率特性”選擇框中的任意一項(xiàng)進(jìn)行切換，將顯示被測(cè)系統(tǒng)的開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻、相頻特性曲線（伯德圖）和幅相曲線（奈奎斯特圖）。在‘開環(huán)’頻率特性界面上，亦可轉(zhuǎn)為‘閉環(huán)’頻率特性顯示界面，方法同上。在頻率特性顯示界面的左上角，有紅色‘開環(huán)’或‘閉環(huán)’字表示當(dāng)前界面的顯示狀態(tài)。圖3-2-3的被測(cè)二階系統(tǒng)的開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻曲線的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3-2-5所示。③顯示該系統(tǒng)用戶點(diǎn)取的頻率點(diǎn)的ω、L、、Im、Re實(shí)驗(yàn)機(jī)在測(cè)試頻率特性結(jié)束后，將提示用戶用鼠標(biāo)直接在幅頻或相頻特性曲線的界面上點(diǎn)擊所需增加的頻率點(diǎn)（為了教育上的方便，本實(shí)驗(yàn)機(jī)選取的頻率值f，以0.1Hz為分辨率，例如所選擇的信號(hào)頻率f值為4.19Hz，則被認(rèn)為4.1Hz送入到被測(cè)對(duì)象的輸入端），實(shí)驗(yàn)機(jī)將會(huì)把鼠標(biāo)點(diǎn)取的頻率點(diǎn)的頻率信號(hào)送入到被測(cè)對(duì)象的輸入端，然后檢測(cè)該頻率的頻率特性。檢測(cè)完成后在界面上方顯示該頻率點(diǎn)的f、ω、L、、Im、Re相關(guān)數(shù)據(jù)，同時(shí)在曲線上打‘十字標(biāo)記’。如果增添的頻率點(diǎn)足夠多，則特性曲線將成為近似光滑的曲線。 鼠標(biāo)在界面上移動(dòng)時(shí)，在界面的左下角將會(huì)同步顯示鼠標(biāo)位置所選取的角頻率ω值及幅值或相位值。在軟件安裝目錄\Aedk\LabACT\兩階頻率特性數(shù)據(jù)表.txt中將列出所有測(cè)試到的頻率點(diǎn)的開環(huán)L、、Im、Re等相關(guān)數(shù)據(jù)測(cè)量。注：該數(shù)據(jù)表不能自動(dòng)更新，只能用‘關(guān)閉后再打開’的辦法更新。④幅值穿越頻率ωc，相位裕度γ的測(cè)試：在開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻曲線中，用鼠標(biāo)在曲線L(ω)=0處點(diǎn)擊一下，待檢測(cè)完成后，就可以根據(jù)‘十字標(biāo)記’測(cè)得系統(tǒng)的幅值穿越頻率ωc，見圖3-2-5；同時(shí)還可在開環(huán)對(duì)數(shù)相頻曲線上根據(jù)‘十字標(biāo)記’測(cè)得該系統(tǒng)的相位裕度γ。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可與式（3-2-3）和（3-2-4）的理論計(jì)算值進(jìn)行比對(duì)。注1：用戶用鼠標(biāo)只能在幅頻或相頻特性曲線的界面上點(diǎn)擊所需增加的頻率點(diǎn)，無法在幅相曲線的界面上點(diǎn)擊所需增加的頻率點(diǎn)。穿越頻率ω穿越頻率ωc圖3-2-5被測(cè)二階開環(huán)系統(tǒng)的對(duì)數(shù)幅頻曲線三．實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：按下表改變圖3-2-4所示的實(shí)驗(yàn)被測(cè)系統(tǒng)