实验四 系统的频率特性实验
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实验四 系统的频率特性实验
一．实验目的
1．掌握测量典型一阶系统和二阶系统频率特性曲线的方法； 2．掌握软件仿真求取一阶和二阶系统开环频率特性的方法。
二．实验仪器、设备、工具及材料
三．实验原理和设计
1．一阶惯性环节的频率特性 实验中所用到的功能区域：
信号源、虚拟示波器、实验电路A1、实验电路A2。
一阶惯性环节模拟电路如图1-7-1所示，惯性环节的传递函数为：
0()()1
i U s K
U s TS =
+
图1-4-1一阶惯性环节模拟电路
2．二阶环节的频率特性曲线 实验中所用到的功能区域：
信号源、虚拟示波器、实验电路A1、实验电路A2、实验电路A3。
二阶振荡环节模拟电路如图1-4-2所示，二阶环节的传递函数为：
2
022
()()2n i n n U s U s S S ωξωω=
++
图1-4-2二阶环节模拟电路
四．实验内容和步骤
1．内容
（1）搭建一阶惯性环节，绘制其频率特性曲线；
（2）搭建典型二阶环节，绘制其频率特性曲线；
（3）尝试用matlab软件仿真求取一阶和二阶系统频率特性曲线，跟实验结果加以比较。
2．步骤
选择信号发生器的正弦波端子与实验电路输入端子相连接，可根据需设置不同频率。
观察输出频率-幅值、频率-相位关系可以选用虚拟示波器，也可以用Bode Plotter。
1）一阶惯性环节频率特性
（1）搭建一阶惯性环节模拟电路：
A．将实验电路图1-4-1连接线路；
B．按照图设置参数：
图中：R1=50K、R2=50K、R3=100K、R4=100K、C1=0.1uF （2）连接虚拟示波器（或Bode Plotter）和选择信号发生器：
信号发生器正弦波端子与实验电路输入端子相连接，可根据需设置不同频率。
将正弦波端子与示波器通道CH1相连接，实验电路A2的“OUT2”与示波
器通道CH2相连接。
（3）输入正弦波信号，通过虚拟示波器观测输入输出正弦波曲线并调节正弦波频率和幅值，绘制该一阶惯性环节的幅频曲线和相频曲线。
（4）运行软件仿真一阶惯性环节频率特性曲线，记录理想幅频曲线和相频曲线，并与实验结果相比较。
（5）
2）二阶环节，绘制其频率特性
（1）搭建二阶环节模拟电路：
按照图1-4-2选择电路参数：
图中：R1=200K、R2=200K、R3=200K、R4=50K、R5=100K、R6=100K、
R7=10K、R8=10K、C1=1.0uF、C2=1.0uF
（2）连接虚拟示波器（或Bode Plotter），设置信号源：
将正弦波端子与示波器通道CH1相连接，将实验电路A2的输出与示波器通道CH2相连接。
将信号源的正弦波端子与实验电路A1的输入端子相连接，
设置信号源不同频率“8Hz～0.16Hz”或“400Hz～6Hz”等。
（3）输入正弦波信号，通过虚拟示波器观测输入输出正弦波曲线并调节正弦波频率和
幅值，绘制该二阶环节的幅频曲线和相频曲线。
（4）运行软件仿真二阶环节频率特性曲线，记录理想幅频曲线和相频曲线，并与实验结果相比较。
四．实验结果
2．根据实验结果绘制一阶环节的频率特性曲线
4．根据实验结果绘制二阶环节的频率特性曲线
五实验报告要求
1) 列表记录系统和环节频率响应的幅值和相位测量数据。
2) 由测量数据做出惯性环节的bode图，二阶系统的开环bode图和闭环bode图。
3) 理论分析系统和环节的bode图，与实验结果进行分析比较。
4) 实验的体会和建议。
六思考题
1）在测量二阶系统的开环频率特性时，为什么要在闭环状态下测量。
2）在二阶系统频率特性实验中，根据e(t)=r(t)-c(t)关系，可以计算出e(t)的相角和幅值，其结果和直接测量相比有什么不同。
七注意事项
1）实验中，系统输入正弦信号的幅值不能太大，否则反馈幅值更大，不易读出，同理，太小也不易读出。
2）实验中，由于传递函数是经拉氏变换推导出来的，而拉氏变换是一种线性积分运算，因此它适用于线性定常系统，所以必须用示波器观察系统各环节波形，避免系统进入非线性状态。
