控制系统典型环节的模拟.docx

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控制系统典型环节的模拟

本科实验报告

课程名称：

自动控制原理实验

姓名：

学院（系）：

专业：

控制

学号：

指导教师：

浙江大学实验报告

实验项目名称：

控制系统典型环节的模拟

同组学生姓名：

实验地点：

月牙楼301实验日期：

一、实验目的

1、掌握用图形法测试线性系统的频率特性。

2、根据所测得的频率特性，写出系统的传递函数。

二、实验仪器

1）控制理论电子模拟实验箱一台

2）超低频慢扫描示波器一台

3）万用表一只

三、实验原理

对于稳定的线性定常系统或环节，当其输入端加入一正弦信号X（t）=Xmsinωt，它的稳态输出是一与输入信号同频率的正弦信号，但其幅值和相位将随着输入信号频率ω的改

变而改变。

即输出信号为：

只要改变输入信号X（t）的频率ω，就可测得输出信号与输入信号的幅值比G（jω）和它们的相位差ψ（ω）=argG（jω）。

不断改变信号X（t）的频率，就可测得被测环节（系统）的幅频特性G（jω）和相频特性ψ（ω）。

本实验采用李沙育图形法，图3-1为测试的方框图。

在表3-1中列出了超前和滞后时相位的计算公式和光点的转向。

表中2Y0为椭圆与Y轴交点之间的长度，2X0为椭圆与X轴交点之间距离，Xm和Ym分

别为X（t）和Y（t）的幅值。

1、惯性环节的频率特性的测试

令G（s）=1/（0.5s+1），则其相应的模拟电路如图3-2所示。

测量时示波器的X轴停止

扫描，把扫频电源的正弦信号同时送到被测环节的输入端和示波器的X轴，被测环节的输

出送到示波器的Y轴，如图3-3所示。

图3-5对应的开环传递函数为

与式

（1）对应的模拟电路图如图3-6所示，将图3-6按图3-3和图3-4的接线，用典型环

节频率特性测试完全相同的方法测试图3-5所示的开环系统的频率特性，并将测得的数据，

分别填入3-4表中。

四、实验数据

相频特性

ω/Hz

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

X0/V

4.06

4.2

4.22

4.4

4.32

4.28

4.0

Xm/V

4.5

4.5

4.5

4.5

4.5

4.5

4.5

ψ

65

69

70

78

74

72

63

幅频特性

ω/Hz

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

2Y1m/V

9

9

9

9

9

9

9

2Y2m/V

0.38

0.42

0.46

1.2

1.72

2.6

2.22

2Y1m/2Y2m

0.04

0.05

0.051

0.13

0.20

0.29

0.25

20lg2Y2m/2Y1m

27

26.6

26

17.5

14.4

10.8

12.1

G（s）=

部分实验截图（有些图格式保存错误打不开了）

相频特性

ω/（*2πHz）

0.18

0.67

1

2

3

5

6

X0/V

0.66

0.73

0.78

0.58

0.43

0.29

0.24

Xm/V

0.88

0.8

0.85

0.86

0.82

0.77

0.67

ψ

49

66

66.5

42

32

22

21

幅频特性

ω/（*2πHz）

0.18

0.67

1

2

3

5

6

2Y1m/V

1.76

1.6

1.7

1.72

1.64

1.54

1.34

2Y2m/V

8.64

3.04

1.94

0.592

0.216

0.06

0.036

2Y1m/2Y2m

0.20

0.53

0.88

2.9

7.6

25.7

37.2

20lg2Y1m/2Y2m

14

5.6

1.1

-9.3

-17.6

-28

-31.4

根据图像可知

G（s）=

部分实验截图（有些图格式保存错误打不开了）

误差的产生可能是由于测试过程中可变电阻的调节上不是很精确。

以及连接线路上接触不好及读数时的人为的误差等原因造成的

五、实验思考题 

1、测试相频特性时，若把信号发生器的正弦信号送入Y轴，而把被测系统的输出信号

送入X轴，试问这种情况下如何根据旋转的光点方向来确定相位的超前和滞后？

答：

顺时针时为滞后，逆时针时为超前.