控制系统的频率特性
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竭诚为您提供优质文档/双击可除控制系统的频率特性分析实验报告篇一:控制系统频率特性实验实验名称控制系统的频率特性实验序号3实验时间学生姓名学号专业班级年级指导教师实验成绩一、实验目的:研究控制系统的频率特性,及频率的变化对被控系统的影响。
二、实验条件:1、台式计算机2、控制理论&计算机控制技术实验箱ThKKL-4系列3、ThKKL仿真软件三、实验原理和内容:1.被测系统的方块图及原理被测系统的方块图及原理:图3—1被测系统方块图系统(或环节)的频率特性g(jω)是一个复变量,可以表示成以角频率ω为参数的幅值和相角。
本实验应用频率特性测试仪测量系统或环节的频率特性。
图4—1所示系统的开环频率特性为:采用对数幅频特性和相频特性表示,则式(3—2)表示为:将频率特性测试仪内信号发生器产生的超低频正弦信号的频率从低到高变化,并施加于被测系统的输入端[r(t)],然后分别测量相应的反馈信号[b(t)]和误差信号[e(t)]的对数幅值和相位。
频率特性测试仪测试数据经相关器件运算后在显示器中显示。
根据式(3—3)和式(3—4)分别计算出各个频率下的开环对数幅值和相位,在半对数坐标纸上作出实验曲线:开环对数幅频曲线和相频曲线。
根据实验开环对数幅频曲线画出开环对数幅频曲线的渐近线,再根据渐近线的斜率和转角频确定频率特性(或传递函数)。
所确定的频率特性(或传递函数)的正确性可以由测量的相频曲线来检验,对最小相位系统而言,实际测量所得的相频曲线必须与由确定的频率特性(或传递函数)所画出的理论相频曲线在一定程度上相符。
如果测量所得的相位在高频(相对于转角频率)时不等于-90°(q-p)[式中p和q分别表示传递函数分子和分母的阶次],那么,频率特性(或传递函数)必定是一个非最小相位系统的频率特性。
2.被测系统的模拟电路图被测系统的模拟电路图:见图3-2注意:所测点-c(t)、-e(t)由于反相器的作用,输出均为负值,若要测其正的输出点,可分别在-c(t)、-e(t)之后串接一组1/1的比例环节,比例环节的输出即为c(t)、e(t)的正输出。
【实验名称】控制系统的频率特性分析【实验目的】1) 掌握运用MATLAB 软件绘制控制系统波特图的方法; 2) 掌握MATLAB 软件绘制奈奎斯特图的方法; 3) 利用波特图和奈奎斯特图对控制系统性能进行分析。
【实验仪器】1) PC 机一台 2) MATLAB 软件【实验原理】1. 奈奎斯特稳定判据及稳定裕量(1)奈氏(Nyquist )判据:反馈控制系统稳定的充要条件是奈氏曲线逆时针包围临界点的圈数R 等于开环传递函数右半s 平面的极点数P , 即R=P ;否则闭环系统不稳定, 闭环正实部特征根个数Z 可按下式确定Z=P-R=P-2N (2)稳定裕量利用)()(ωωj H j G 轨迹上两个特殊点的位置来度量相角裕度和增益裕度。
其中)()(ωωj H j G 与单位圆的交点处的频率为c ω(截止频率);)()(ωωj H j G 与负实轴的交点频率为x ω(穿越频率)。
则相角裕度:)(180)()(180c c c j H j G ωϕωωγ+=∠+= 增益裕度:)(1)()(1x x x A j H j G h ωωω==(对数形式:)(lg 20)()(lg 20x x x A j H j G h ωωω-=-= 2. 对数频率稳定判据将系统开环频率特性曲线分为幅频特性和相频特性,分别画在两个坐标上,横轴都用频率ω,纵轴一个用对数幅值和相角,这两条曲线画成的图就是Bode 图,即对数频率特性图。
因为Bode 图与奈氏图有一一对应关系,因此,奈氏稳定判据就可描述为基于Bode 图的对数频率稳定判据:(1)开环系统稳定,即开环系统没有极点在正右半根平面,如果其对数幅频曲线大于0dB 的区域内,相频曲线对180-线正负穿越次数相等,那么闭环系统就是稳定的,否则是不稳定的。
(2)开环系统不稳定,有P 个极点在正右半平面,如果其对数幅频曲线大于0dB 的区域内,相频曲线对180-线正穿越次数大于负穿越次数P/2,闭环系统就是稳定的,否则是不稳定的。