自動控制原理實驗報告實驗二-頻率響應測試.docx
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分組: 成績:_ _ 北 京 航 空 航 天 大 學自動控制原理實驗報告實驗二 頻率響應測試2014年12月目錄一、實驗目的1二、實驗內容1三、實驗原理2四、實驗設備2五、實驗步驟3六、實驗結果3K=2時,R=200K:4K=5時,R=500K:5七、結論和誤差分析9結論:9誤差分析:10八、收獲與體會10實驗時間2014.12.1 同組同學 無 一、實驗目的1、掌握頻率特性的測試原理及方法2、學習根據所測定出的系統(tǒng)的頻率特性,確定系統(tǒng)傳遞函數的方法二、實驗內容測定給定環(huán)節(jié)的頻率特性。系統(tǒng)模擬運算電路圖及系統(tǒng)結構圖如下:系統(tǒng)傳遞函數為:取R=200K,K=2,則G(s)=200s2+10s+200 取R=500K,K=5,則G(s)=500s2+10s+500若正弦輸入信號為Ui(t)=A1Sin(t),則當輸出達到穩(wěn)態(tài)時,其輸出信號為Uo(t)=A2Sin(t+)。改變輸入信號頻率f=2值,便可測得二組A1/A2和隨f(或)變化的數值,這個變化規(guī)律就是系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性。三、實驗原理1、幅頻特性即測量輸入與輸出信號幅值A1及A2,然后計算其比值A2/A1。 2、實驗采用“李沙育圖形”法進行相頻特性的測試。以下簡單介紹一下這種測試方法的原理。 設有兩個正弦信號: X(t)=XmSin(t) Y(t)=YmSin(t+) 若以X(t)為橫軸,Y(t)為縱軸,而以作為參變量,則隨著 t的變化,X(t)和Y(t)所確定的點的軌跡,將在X-Y平面上描繪出一條封閉的曲線。這個圖形就是物理學上稱為的“李沙育圖形”如圖2-3所示。 3、相位差角的求法: 對于X(t)=XmSin(t)及Y(t)= YmSin(t+),當t=0時,有 X(0)=0 ;Y(0)=Ym Sin(),即 =ArcSin(Y(0)/Ym)。顯然,僅當0/2時,上式才是成立的。 4、記錄實驗結果數據填寫表格。四、實驗設備1 XMN-2型電子模擬機一臺。 2 PC機一臺。 3 數字式萬用表一塊。 五、實驗步驟1 熟悉XMN-2型電子模擬機的使用方法。 2 將各運算放大器接成比例器,通電調零。 3 斷開電源,按照系統(tǒng)結構圖和系統(tǒng)傳遞函數計算電阻和電容的取值,并按照模擬線路圖搭接線路,不用的運算放大器接成比例器。 4 將信號源1(D/A)與系統(tǒng)輸入端Ui連接,將采集輸入1(A/D)與系統(tǒng)輸出端Uo連接(此處連接必須謹慎,不可接錯)。 5 線路接好后,經教師檢查后再通電。 6 在Windows98 桌面用鼠標雙擊“AUTOLAB”圖標后進入本實驗軟件系統(tǒng)。 7 在系統(tǒng)菜單中打開“實驗項目”項,選擇“頻率特性測試”。 8 然后填寫注冊信息,即參加實驗者姓名及學號,填好后點擊“下一步”進入“頻率特性測試實驗參數設置”。 9 在“頻率特性測試實驗參數設置”對話框內,“方式選擇” 選擇“自動”(此方式即為自動變頻,從0(Hz)-20(Hz) 自動測量幅頻特性和相頻特性),正弦輸入信號幅值為2V。 10 在“參數設置”一欄填寫變頻步長,默認值也可,然后 點擊“完成”。 11 采用“示波器”方式觀察“輸入”與“輸出”波形,測定輸出和輸入的正弦曲線幅值。 12 采用“李沙育”方式觀察“李沙育圖形”。 13 數據存盤,及圖形打印。 六、實驗結果取R1=R2=R3=R4=100K,C1=C2=1F。K=2時,R=200K:序號f/Hzw/(rad/s)ArAcYmY0Ac/ArY0/Ym角度()10.130.822.01902.01900.09521.010.052.7020.16122.02102.02100.13181.010.073.7430.32222.04802.04800.25631.020.137.1940.48322.08302.08300.35401.040.179.7850.64422.12402.12400.55301.060.2615.0960.80522.21202.21200.70311.110.3218.5370.95622.31902.31900.99701.160.4325.4681.27822.54402.54401.47901.270.5835.5591.751122.84402.84402.27901.420.8053.26101.911222.97802.97802.73901.490.9266.89112.071322.99302.99302.90401.500.9775.99122.231422.85502.85502.85401.431.0088.48132.391522.70502.70502.67201.350.9998.96142.551622.23402.23402.01501.120.90115.58152.861821.82901.82901.38700.910.76130.68163.182021.30201.30200.68380.650.53148.32174.773020.69000.69000.14960.350.22167.48186.374020.28080.28080.03500.140.12172.84197.164520.21970.21970.02610.110.12173.17208.755520.14400.14400.02000.070.14172.012110.196420.10190.10190.01600.050.16170.972210.356520.10000.10000.01440.050.14171.71用excel做頻率特性曲線圖如下:K=5時,R=500K:w/(rad/s)ArAc=YmYmY0Ac/ArY0/Ym角度()511.0570 1.0570 0.1343 1.06 0.13 7.30 9.511.2180 1.2180 0.3760 1.22 0.31 17.98 1011.3330 1.3330 0.5323 1.33 0.40 23.54 1411.4940 1.4940 0.6247 1.49 0.42 24.72 1511.6330 1.6330 0.8010 1.63 0.49 29.37 1611.7130 1.7130 0.9701 1.71 0.57 34.49 1811.9140 1.9140 1.2110 1.91 0.63 39.25 1912.0653 2.0653 1.6350 2.07 0.79 52.34 2012.2350 2.2350 2.0050 2.24 0.90 63.78 2112.2888 2.2888 2.2010 2.29 0.96 74.08 2212.2660 2.2660 2.2640 2.27 1.00 87.59 2311.9500 1.9500 1.7800 1.95 0.91 114.10 3010.9939 0.9939 0.5598 0.99 0.56 145.72 3510.5664 0.5664 0.1270 0.57 0.22 167.04 4010.4315 0.4315 0.0921 0.43 0.21 167.68 5010.2425 0.2425 0.0408 0.24 0.17 170.31 6010.1514 0.1514 0.0195 0.15 0.13 172.60 7010.1118 0.1118 0.0155 0.11 0.14 172.04 7510.0977 0.0977 0.0132 0.10 0.14 172.23 8010.0844 0.0844 0.0105 0.08 0.12 172.88 用excel做頻率特性曲線圖如下:附:部分李沙育圖形kw/(rad/s)李沙育圖形28214216265514518519520580七、結論和誤差分析結論:從頻率特性曲線圖中可以看出,系統(tǒng)的響應是典型的二階系統(tǒng)響應。對于二階振蕩環(huán)節(jié) Gs=n2S2+2nS+n2=1(Sn)2+2Sn+1對數輻頻特性:M=Gj,即表格中Y0.特征點:=n,M=12,=-90易知當Y(0)/Ym接近1時,的值即為n,Ac /Ar的值等于1/2 k=2時=90時,=14rads-1=n,f =2.23Hz;M=1.43,故= 0.35故Gs=n2S2+2nS+n2=196S2+9.8S+196與理論值GS=200S2+10S+200接近。 k=5時=90時,=22rads-1=n,f =3.50Hz;M=2.26,故= 0.22故Gs=n2S2+2nS+n2=484S2+9,68S+484與理論值GS=500S2+10S+500接近。誤差分析:誤差主要來源初步分析如下:1.電阻實際值與標稱值之間存在偏差,用2.2M歐姆電位器替代,得到的實際電阻可能會和預期值有差距。2.實驗條件,如溫濕度等的變化會對結果產生影響;3.萬用表和實驗箱的誤差引入系統(tǒng)中。八、收獲與體會通過本次試驗,我掌握了頻率特性的測試原理及方法,學習了根據所測定出的系統(tǒng)的頻率特性,確定系統(tǒng)傳遞函數的方法。通過測定給定環(huán)節(jié)的頻率特性,親自動手連線,測量并實踐了這項實驗,使我受益匪淺。盡管最開始測數據的時候誤以為是以Y0測到小于0.1為準,但后來通過分析傳遞函數,我明白了應該努力使w值越趨近于分子的方根值為最佳,為此繞了不少彎路。測的數據最開始不夠多,后來補測了一些以后,畫出的圖像還是令人滿意的。終究回到正途,還是非常令我開心的。對于自動控制原理這門課程,我還是興趣非常足的,愿意通過動手實踐,總結分析去學好它,運用在工作學習中去。- 配套講稿:
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- 關 鍵 詞:
- 自動控制 原理 實驗 報告 頻率響應 測試
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