中南大学机电工程学院实验报告b

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1 中南大学

机械工程控制基础实验报告

姓名: 学号: 成绩: 指导教师

实验名称;一阶RC电路的频率特性

一、 实验目的

① 研究频率特性的测试方法;

② 研究一阶RC电路的频率特性;

③ 研究电路参数对电路的频率特性的影响。

二、 实验原理

1.实验的电路原理如图1-1所示:

R

1MΩ

图1-1 RC串联电路 C

1μF ui uo i

对系统输入正弦信号:)sin(tuuimi,根据线性系统理论,

其稳态输出为同频正弦信号:)sin(tuuomo

系统的幅频特性(输出-输入信号之间的幅值比):imomuuA)(

系统的相频特性(输出-输入信号之间的相位差):0)(

于是系统的频率特性为:)()(jeA 文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

2 因为:11)()()(RCssXsXsGio,由此可得系统的频率特性为:

11)()()(RCjXXjGio

2.由此可知,求系统的频率特性的两种方法:

a. 求出系统传递函数)(sG然后令js求得)(jG;

b. 实验法:构建一个系统,给系统施加不同频率的正弦输入,测量其输出正弦的幅值与相位,计算出幅值比和相位差就可得到频率特性。

三、实验仪器

① 计算机(包括数据采集卡);

② NIELVIS工作台套件(含面包板);

③ 连接用的68芯通信电缆;

④ 计算机软件;

右图为实验系统逻辑框图

四、实验数据处理 (R=1MΏ,C=1μF)

实验记录如下表:

Freq(A) Freq(B) Vp-p(A) Vp-p(B) dT(衽) A(ω) φ(ω)

30.124 30.117 3.414 3.234 525 0.9473 -5.6934

35.875 35.898 3.380 3.192 550 0.9444 -7.1033

123.918 123.913 3.416 3.053 380 0.8937 -16.9520

199.150 199.080 3.391 2.904 270 0.8564 -19.3574

296.164 296.062 3.368 2.678 300 0.7951 -31.9857

410.171 409.293 3.372 2.403 260 0.7126 -38.3920

508.139 506.576 3.350 2.175 220 0.6493 -40.2446

机测试探头频率幅值可调节的信号源文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

3 Freq(A) Freq(B) Vp-p(A) Vp-p(B) dT(衽) A(ω) φ(ω)

600.056 600.082 3.352 1.970 240 0.5877 -51.8448

715.779 715.226 3.347 1.774 230 0.5300 -59.2665

794.693 799.298 3.337 1.647 230 0.4936 -65.8006

920.954 908.374 3.375 1.534 230 0.4545 -76.2550

1217 1222 3.335 1.297 150 0.3889 -65.9880

2076 2075 3.321 0.718 100 0.2162 -74.7360

2919 2925 3.336 0.531 70 0.1592 -73.5588

3541 3548 3.328 0.506 60 0.1520 -76.4856

4077 4083 3.356 0.373 50 0.1111 -73.3860

4974 5047 3.286 0.223 50 0.0679 -89.046

由公式:)()()(AVBVApppp,ooFdTTdT3601360)(••

以及:1衽=10-6秒

代入数据,各计算结果见上表。

五、实验结果及讨论

由上表实验记录进一步验证,在线性系统中,正弦激励作用下的稳态输出为一个与之同频率的信号。

由此可以做出系统的nyquist图,如下:

-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81Nyquist DiagramReal AxisImaginary Axis

理论nyquist图 实验作图