实验三以单频正弦信号为激励测量系统频率响应

实验三线性系统的频率响应分析一、实验目的1.掌握波特图的绘制方法及由波特图來确定系统开环传函。

2.掌握实验方法测量系统的波特图。

二、实验设备PC机一台，TD-ACC+（或TD-ACS）教学实验系统一套。

三、实验原理及内容（一）实验原理1.频率特性当输入正弦信号时，线性系统的稳态响应具有随频率（3由0变至8 ）而变化的特性。

频率响应法的基本思想是：尽管控制系统的输入信号不是正弦函数，而是其它形式的周期函数或非周期函数，但是实际上的周期信号都能满足狄利克莱条件，可以用富氏级数展开为各种谐波分量：而非周期信号也可以使用富氏积分表示为连续的频谱函数。

因此，根据控制系统对正弦输入信号的响应，可推算出系统在任意周期信号或非周期信号作用下的运动情况。

2.线性系统的频率特性系统的正弦稳态响应具有和正弦输入信号的幅值比io）（ju））i和相位差za）（ju））Ki角频率（3由0变到3）变化的特性。

而幅值比|①（ju））|和相位差Z（D（ju））恰好是函数①（jo））的模和幅角。

所以只要把系统的传递函数①⑸,令S=ju＞即可得到①（ju＞）。

我们把①（加）称为系统的频率特性或频率传递函数。

当0）由0到8变化时，|®（ju＞）|随频率3的变化特性成为幅频特性，ZQ（ju））随频率U）的变化特性称为相频特性。

幅频特性和相频特性结合在一起时称为频率特性。

3.频率特性的表达式（1）对数频率特性：乂称波特图，它包括对数幅频和对数相频两条曲线，是频率响应法中广泛使用的一组曲线。

这两组曲线连同它们的坐标组成了对数坐标图。

对数频率特性图的优点：①它把各串联环节幅值的乘除化为加减运算，简化了开环频率特性的计算与作图。

②利用渐近直线來绘制近似的对数幅频特性曲线，而且对数相频特性曲线具有奇对称于转折频率点的性质，这些可使作图大为简化。

③通过对数的表达式，可以在一张图上既能绘制出频率特性的中、高频率特性，乂能清晰地画出其低频特性。

《自动控制原理》实验3.线性系统的频域分析实验三线性系统的频域分析一、实验目的1．掌握用MATLAB语句绘制各种频域曲线。

2．掌握控制系统的频域分析方法。

二、基础知识及MATLAB函数频域分析法是应用频域特性研究控制系统的一种经典方法。

它是通过研究系统对正弦信号下的稳态和动态响应特性来分析系统的。

采用这种方法可直观的表达出系统的频率特性，分析方法比较简单，物理概念明确。

1．频率曲线主要包括三种：Nyquist图、Bode图和Nichols图。

1）Nyquist图的绘制与分析MATLAB中绘制系统Nyquist图的函数调用格式为：nyquist(num,den) 频率响应w的范围由软件自动设定 nyquist(num,den,w) 频率响应w的范围由人工设定[Re,Im]= nyquist(num,den) 返回奈氏曲线的实部和虚部向量，不作图2s?6例4-1：已知系统的开环传递函数为G(s)?3，试绘制Nyquists?2s2?5s?2图，并判断系统的稳定性。

num=[2 6]; den=[1 2 5 2]; nyquist(num,den)极点的显示结果及绘制的Nyquist图如图4-1所示。

由于系统的开环右根数P=0，系统的Nyquist曲线没有逆时针包围（-1，j0）点，所以闭环系统稳定。

p =-0.7666 + 1.9227i -0.7666 - 1.9227i -0.4668图4-1 开环极点的显示结果及Nyquist图若上例要求绘制??(10?2,103)间的Nyquist图，则对应的MATLAB语句为：num=[2 6]; den=[1 2 5 2];w=logspace(-1,1,100); 即在10-1和101之间，产生100个等距离的点nyquist(num,den,w)2）Bode图的绘制与分析系统的Bode图又称为系统频率特性的对数坐标图。

Bode图有两张图，分别绘制开环频率特性的幅值和相位与角频率?的关系曲线，称为对数幅频特性曲线和对数相频特性曲线。

第1篇一、实验目的1. 理解频域特性测试的基本原理和方法。

2. 掌握使用频域特性分析方法评估系统性能。

3. 通过实验验证频域特性测试在控制系统设计中的应用。

二、实验原理频域特性测试是一种分析线性系统动态特性的方法。

通过向系统施加正弦信号，并测量其稳态响应，可以得到系统的幅频特性和相频特性。

这些特性可以用来评估系统的稳定性、响应速度、带宽等性能指标。

三、实验设备1. 微型计算机2. 自动控制实验教学系统软件3. 正弦信号发生器4. 双线示波器5. 数据采集卡四、实验步骤1. 搭建实验系统：根据实验要求，搭建实验系统，包括被测系统、信号发生器、示波器和数据采集卡。

2. 设置实验参数：设置正弦信号发生器的频率、幅度和相位，以及示波器的采样率等参数。

3. 施加正弦信号：通过信号发生器向被测系统施加正弦信号。

4. 测量响应：使用示波器或数据采集卡测量被测系统的稳态响应。

5. 分析频域特性：根据测量到的响应数据，使用频域分析方法计算系统的幅频特性和相频特性。

6. 绘制频域特性曲线：将计算得到的幅频特性和相频特性绘制成曲线。

7. 分析系统性能：根据频域特性曲线分析系统的稳定性、响应速度、带宽等性能指标。

五、实验结果与分析1. 幅频特性：幅频特性曲线显示了系统在不同频率下的增益变化。

通过观察幅频特性曲线，可以判断系统的带宽和稳定性。

2. 相频特性：相频特性曲线显示了系统在不同频率下的相位变化。

通过观察相频特性曲线，可以判断系统的相位裕度和增益裕度。

3. 系统性能分析：根据实验结果，分析系统的稳定性、响应速度、带宽等性能指标。

六、实验总结通过本次实验，我们掌握了频域特性测试的基本原理和方法，并学会了如何使用频域分析方法评估系统性能。

实验结果表明，频域特性测试是一种有效的方法，可以用来分析和设计控制系统。

七、实验建议1. 在实验过程中，注意选择合适的信号频率和幅度，以保证测量结果的准确性。

2. 使用高精度的测量设备，以提高实验结果的可靠性。

第1篇一、实验目的1. 了解系统频率特性的基本概念和测试方法。

2. 掌握使用示波器、频谱分析仪等设备进行系统频率测试的操作技巧。

3. 分析测试结果，确定系统的主要频率成分和频率响应特性。

二、实验原理系统频率特性是指系统对正弦输入信号的响应，通常用幅频特性（A(f)）和相频特性（φ(f)）来描述。

幅频特性表示系统输出信号幅度与输入信号幅度之比，相频特性表示系统输出信号相位与输入信号相位之差。

频率测试实验通常包括以下步骤：1. 使用正弦信号发生器产生正弦输入信号；2. 将输入信号输入被测系统，并测量输出信号；3. 使用示波器或频谱分析仪观察和分析输出信号的频率特性。

三、实验设备1. 正弦信号发生器2. 示波器3. 频谱分析仪4. 被测系统（如放大器、滤波器等）5. 连接线四、实验步骤1. 准备实验设备，将正弦信号发生器输出端与被测系统输入端相连；2. 打开正弦信号发生器，设置合适的频率和幅度；3. 使用示波器观察输入信号和输出信号的波形，确保信号正常传输；4. 使用频谱分析仪分析输出信号的频率特性，记录幅频特性和相频特性；5. 改变输入信号的频率，重复步骤4，得到一系列频率特性曲线；6. 分析频率特性曲线，确定系统的主要频率成分和频率响应特性。

五、实验结果与分析1. 幅频特性曲线：观察幅频特性曲线，可以发现系统存在一定频率范围内的增益峰值和谷值。

这些峰值和谷值可能对应系统中的谐振频率或截止频率。

通过分析峰值和谷值的位置，可以了解系统的带宽和选择性。

2. 相频特性曲线：观察相频特性曲线，可以发现系统在不同频率下存在相位滞后或超前。

相位滞后表示系统对输入信号的相位延迟，相位超前表示系统对输入信号的相位提前。

通过分析相位特性，可以了解系统的相位稳定性。

六、实验总结1. 通过本次实验，我们掌握了系统频率特性的基本概念和测试方法。

2. 使用示波器和频谱分析仪等设备，我们成功地分析了被测系统的频率特性。

3. 通过分析频率特性曲线，我们了解了系统的主要频率成分和频率响应特性。

实验三、以单频正弦信号为激励测量系统频率响应实验目的1、加深对LTI系统频率响应物理概念的理解。

2、掌握测量LTI系统频率响应的基本方法。

3、掌握频率域采样法设计FIR滤波器的原理。

4、掌握根据实际需求正确选择DFT参数的方法。

实验原理及实验步骤1、实验原理设LTI离散系统的单位脉冲响应为h(n)，其序列傅氏变换H(e jw)称为系统的频率响应，它反映了系统对输入信号格频率分量幅度和相位的影响。

若实验为实系统，可以证明当输入为x(n) Acos(w0n 0)时，系统的输出为：y(n) | H (e jw°) | Acos(w°n °(w。

))利用以上结论可以测量出系统的频率响应H(e jw)在w0处的取值H(e jw°)，构造输入信号x(n) Acos(w0n 0)，则x(n)过系统后的输出y(n)的序列傅氏变换：Y(e jw) Ae j 0H(e jw°) (w w0) Ae j 0H (e jw°) (w w0) 若x(n)的幅度A,数字角频率w°以及初始相位o准确已知，就可以从上式求出H (e jwo)。

由于实系统h(n)满足H(e jw°) H*(e jw°)，因而只需测量0 w 内的H (e jw)就可以得到系统的频率响应。

2、实验步骤(1)测量系统的频率响应H (k)。

实际测量时对y(n)进行的是DFT运算，选择恰当的点数N,使得w°2 k/N( kY(k) N/2gAe j0H(k)j *Y(N k) N /2gAe j 0H (k)因此测量所得系统频率响应为:(2 )求待测系统频率响应。

(3)求测量误差。

将所得FIR系统的频率响应与待测系统的频率响应进行比较，可以求得测量误差。

待测系统2幅频特性待测系统2相频特性实验结果有非零值，并且H(e jw0)W o 2 k/N2丫(k)当N为偶数时需要测量的频率有2 k/N，k0,1 LN；当N为奇数时需要测2量的频率有2 k/N，k 0,1L测蚩所得系统1相频特性0.51测肇所得系统1的幅频特性虞所得系统2幅频特性測量所得系统2相频特性系统i幅频特性误蹇的为系统2相頻特性误羞Welcome ToDownload !! !欢迎您的下载，资料仅供参考！。

信号与系统实验报告实验名称：一阶网络频响特性测量姓名：学号：班级：通信时间：2013.6南京理工大学紫金学院电光系一、 实验目的1、 掌握一阶网络的构成方法；2、 掌握一阶网络的系统响应特性；3、 了解一阶网络频响特性图的测量方法；二、实验基本原理系统响应特性是指系统在正弦信号激励下，稳态响应随信号频率变化而变化的特性，称为系统的频率响应特性（frequency response ）简称频响特性。

一阶系统是构成复杂系统的基本单元。

学习一阶系统的特点有助于对一般系统特性的了解。

一阶系统的系统函数为H(s)，表达式可以写成：γ+⋅=s k s H 1)( k 为一常数 (3-1) 激励信号x(t)为：(3-2)按照系统频响特性的定义可求得该一阶系统的稳态响应为：(3-3)其中⎣⎦00)()(|)(00ϕj j s ej H j H s H Ω=Ω=Ω=，⎣⎦)(00Ω=j H H 。

可见，当改变系统输入信号的频率时，稳态响应的幅度和相位也随之而改变。

因果系统是稳定的要求：0>γ，不失一般性可设τγ1==k 。

该系统的频响特性为：11)(+Ω=Ωτj j H (3-4)从其频响函数中可以看出系统响应呈低通方式，其3dB 带宽点τ1。

系统的频响特性图如下图：0()sin()m x t E t =Ω000()sin()ss m y t E H t ϕ=Ω+θ图1 一阶网络频响特性图一阶低通系统的单位冲击响应与单位阶跃响应如下图：图2 一阶网络单位冲击响应与单位阶跃响应图三、实验内容及结果一阶系统的幅度谱一阶系统相位谱3、用矢量作图法作出该一阶系统的幅度谱和相位谱。

一阶系统的幅度谱一阶系统的相位谱4、作出一阶网络的单位阶跃响应波形，标注在阶跃响应最大值的(1-e-1)倍处的时间t的值，与理论值R1C1是否相符。

四、实验分析1、实验所得一阶网络的频响特性图和用矢量作图法所得的频响特性图有何异同？说明原因。

自动控制原理实验报告（II）一、实验名称: 频率响应测试二、画出系统模拟运算电路图, 并标出电阻、电容的取值1.模拟电路图各电阻、电容取值:R1=100KΩ R2=1MΩ R3=1MΩ R4=1MΩC1=0.1μF C2=0.1μF2.系统结构图系统理论传递函数为:R=100KΩ时G(s)=100s2+10s+100R=200KΩ时G(s)=200s2+10s+200三、画出两组李沙育图形图表 1 R=100KΩ w=9.5rad/s图表 2 R=200KΩ w=13.5rad/s五、根据实验数据计算两种系统的传递函数的参数并确定传递函数1.R=100KΩ时取第五组数据:由ω=9.5rad/s 时相角Ψ= 90° , 所以有ωn=ω=9.5rad/s又M=A cA r =12ξ= 1.025ξ=0.4878 故, 系统传递函数为:G(s)= ωn 2S2+2ξωn S+ωn2=90.25S2+9.76S+90.252.R=200KΩ时取第五组数据:由ω=13.5rad/s 时相角Ψ= 90° , 所以有ωn=ω=13.5rad/s又M=A cA r =12ξ= 1.44ξ=0.3472 故, 系统传递函数为:G(s)= ωn 2S2+2ξωn S+ωn2=182.25S2+6.9S+182.25六、误差分析1.R=100KΩ时ξ的误差为ξ%=0.4878−0.50.5×100%=−2.44%2.R=200KΩ时ξ的误差为ξ%=0.3472−0.50.5×100%=−30.56%从误差数据可以看出, 相对误差值较小, 在实验允许误差范围内, 分析可知, 误差来源有以下原因：温度引起电阻值的变化；接触部分接触电阻的影响；取点精确度影响等因素造成的扰动误差。

实验名称：频率响应测试课程名称：自动控制原理实验目录（一）实验目的3（二）实验内容3（三）实验设备3（四）实验原理4（五）K=2频率特性试验结果4（六）K=2频率特性试验数据记录及分析7（七）K=5频率特性试验结果9（八）K=5频率特性试验数据记录及分析12（九）实验总结及感想错误!未定义书签。

图片目录图片1 系统结构图3图片2 系统模拟电路3图片3 K=2仿真对数幅相特性曲线4图片4 K=5仿真对数幅相特性曲线4图片5 f=0.7时输出波形及李沙育图形5图片6 f=1.4时输出波形及李沙育图形5图片7 f=2.1时输出波形及李沙育图形5图片8 f=2.8时输出波形及李沙育图形5图片9 f=3.5时输出波形及李沙育图形6图片10 f=4.2时输出波形及李沙育图形6图片11 f=4.9时输出波形及李沙育图形6图片12 f=5.6时输出波形及李沙育图形6图片13 f=6.3时输出波形及李沙育图形7图片14 f=7.0时输出波形及李沙育图形7图片15 k=2拟合频率特性曲线9图片16 f=0.9波形及李沙育图形9图片17 f=1.8波形及李沙育图形10图片18 f=2.7波形及李沙育图形10图片19 f=3.6波形及李沙育图形10图片20 f=4.5波形及李沙育图形10图片21 f=5.4波形及李沙育图形11图片22 f=6.3波形及李沙育图形11图片23 f=7.2形及李沙育图形11图片24 f=8.1波形及李沙育图形11图片25 f=9.0波形及李沙育图形12图片26 k=2拟合相频特性曲线14图表目录表格1 K=2电路元件参数7表格2 K=2实测电路数据处理7表格3 K=5电路元件参数12表格4 K=5实测电路数据处理12频率响应测试（一） 实验目的1. 掌握频率特性的测试原理及方法。

2. 学习根据所测定出的系统的频率特性，确定系统传递函数的方法。

（二） 实验内容测定给定环节的的频率特性，系统模拟电路、结构图分别如下所示：图片1系统结构图由图可知，系统的传递函数为：2100()10100k G s s s k =++，其中1Rk R =，实验中R 的取值分别为200k Ω，500k Ω，且1R 始终为100k Ω。

频率响应实验报告频率响应实验报告引言：频率响应是指系统对不同频率输入信号的输出响应程度。

在电子工程和音频领域，频率响应是评估设备或系统性能的重要指标之一。

本文将介绍一次频率响应实验的过程、结果和分析。

实验目的：本次实验的目的是通过测量和分析电子系统的频率响应，评估系统对不同频率信号的传输和处理能力。

通过实验数据的收集和分析，我们可以了解系统在不同频率下的增益和相位特性，并对系统的性能进行评估。

实验装置：本次实验使用了一个信号发生器、一个频谱分析仪和一个待测系统。

信号发生器用于产生不同频率的输入信号，频谱分析仪用于测量系统的输出信号频谱，待测系统是我们需要评估频率响应的对象。

实验步骤：1. 连接实验装置：将信号发生器的输出端与待测系统的输入端相连，将待测系统的输出端与频谱分析仪的输入端相连。

2. 设置信号发生器：选择适当的频率范围和信号波形，并设置合适的输出幅度。

3. 设置频谱分析仪：选择适当的分析带宽和分辨率，并确保频谱分析仪与信号发生器的输出频率范围匹配。

4. 开始实验：逐步改变信号发生器的频率，记录频谱分析仪的输出结果。

5. 收集数据：记录每个频率下频谱分析仪的输出幅度和相位数据。

6. 数据分析：根据收集到的数据，绘制频率响应曲线，并进行进一步的分析和评估。

实验结果：根据实验数据的分析，我们得到了待测系统的频率响应曲线。

该曲线显示了系统在不同频率下的增益和相位特性。

我们可以观察到系统在某些频率下具有较高的增益，而在其他频率下增益较低。

此外，相位特性也可能随频率变化而变化。

实验分析：通过对频率响应曲线的分析，我们可以评估系统对不同频率信号的处理能力。

较高的增益表示系统对该频率信号具有较好的放大能力，而较低的增益可能表示信号在系统中传输过程中的损耗。

相位特性的变化可以影响信号的时间延迟和相位差，从而影响系统对信号的处理结果。

结论：本次实验通过测量和分析电子系统的频率响应，评估了系统对不同频率信号的传输和处理能力。