1、實驗三二階開環系統的頻率特性曲線.實驗要求1 .研究表征系統穩定程度的相位裕度不和幅值穿越頻率©c對系統的影響。2 .了解和掌握欠阻尼二階開環系統中的相位裕度丁和幅值穿越頻率6c的計算。Y和幅值穿越頻率c,與計3 .觀察和分析欠阻尼二階開環系統波德圖中的相位裕度算值作比對。.實驗內容及步驟本實驗用于觀察和分析二階開環系統的頻率特性曲線。它在開環時響應曲線是發散的，因此欲獲得其開環頻測試其閉環頻率特性，然后通過公式換算，獲得其開環由于I型系統含有一個積分環節,率特性時，還是需構建成閉環系統，頻率特性。自然頻率：6n=，%iT阻尼比：1=tKT/KT(3-2-1)諧振頻率：霜=防木_21

2、2諧振峰值：L(%)=20lg1(3-2-2)21-2計算欠阻尼二階閉環系統中的幅值穿越頻率GJC、相位裕度丫：幅值穿越頻率：coC=8nM，J1+44-202(3-2-3)2相位裕度:¥=180+中(6C)=arctan=(3-2-4).-22.144丫值越小，Mp%越大，振蕩越厲害；丫值越大，Mp%小，調節時間ts越長，因此為使二階閉環系統不致于振蕩太厲害及調節時間太長，一般希望：30°<y<70°(3-2-5)本實驗所構成的二階系統符合式(3-2-5)要求。被測系統模擬電路圖的構成如圖1所示。圖1實驗電路本實驗將數/模轉換器(B2)單元作為信號發

3、生器，自動產生的超低頻正弦信號的頻率從低到高變化(0.5Hz16Hz),OUT2輸出施加于被測系統的輸入端r，然后分別測量被測系統的輸出信號的開環對數幅值和相位，數據經相關運算后在虛擬示波器中顯示。實驗步驟：(1)將數/模轉換器(B2)輸出OUT2作為被測系統的輸入。(2)構造模擬電路：安置短路套及測孔聯線表同笫3.2.2節二階閉環系統的頻率特性曲線測試。(3)運行、觀察、記錄：將數/模轉換器(B2)輸出OUT2作為被測系統的輸入，運行LABACT程序,在界面的自動控制菜單下的線性控制系統的頻率響應分析-實驗項目，詵擇二階系統,就會彈出虛擬示波器的界面，點擊更直，實驗開始后，實驗機將自動產生0

4、.5Hz76H等多種頻率信號，等待將近十分鐘，測試結束后，觀察閉環對數幅頻、相頻曲線和幅相曲線。待實驗機把閉環頻率特性測試結束后，再在示波器界面左上角的紅色開環上閉_如字上雙擊，將在示波器界面上彈出開環/閉環選擇框，點擊確定后,示波器界面左上角的紅字，將變為開環然后再在示波器界面下部頻率特性選擇框點擊(任一項)在示波器上將轉為開環頻率特性顯示界面。可點擊界面下方的“頻率特性”選擇框中的任意一項進行切換，將顯示被測系統的開環對數幅頻、相頻特性曲線(伯德圖)和幅相曲線(奈奎斯特圖)。幅值穿越頻率GJC,相位裕度丫的測試：在開環對數幅頻曲線中，用鼠標在曲線L(CO)=0處點擊一下，待檢測完成后，就可

5、以根據十字標記測得系統的幅值穿越頻率cdc,見圖3-2-6(a);同時還可在開環對數相頻曲線上根據十字標記測得該系統的相位裕度丫。實驗結果與式(3-2-3)和(3-2-4)的理論計算值進行比對。改變慣性環節開環增益：改變運算模擬單元A3的輸入電阻R=10K4K、2K。Ti=1(C1=2u),T=0.1(C2=1u)(R減小(E減小)。改變慣性環節時間常數：改變運算模擬單元A3的反饋電容C2=1u、2u、3u。Ti=1(C1=2u),K=25(R=4<,(。增加/減小)。改變積分環節時間常數：改變運算模擬單元A3的反饋電容Ci=1u、2uoT=0.1(C2=1u),K=25(R=4K),(

6、Ci減小(E減小)。重新觀測結果，界面上方將顯示該系統用戶點取的頻率點的co、L、。、Im、Ra諧振頻率2，諧振峰值L(cor)等相關數據，填入實驗報告。三.實驗數據及數據處理實驗條件：R-IOKCCkZNFCz-lNF,側得開環頻率特性曲線如下圖圖2：幅頻特性曲線圖3：幅相特性曲線圖4:相頻特性曲線取點前數據表取點后數據表理論值與實測值比較理論值實測值亡=0.5000E=0.5117430n=10rad/secan=9.1047390c=7.4657rad/secC3C=7.539822=53.2560°丫=52.679240實驗條件：R-dKGCkZRFCz-iNF,測得波形圖如

7、下所示:圖5：幅頻特性曲線圖6：相頻特性曲線圖7:幅相特性曲線取點前數據表取點后數據表2理論之與實驗值相比較理論值實測值t=0.3162E=0.32056n=15.81rad/secan=15.507130c=14.23rad/seccac=13.82301=35.0992°丫=35.66525實驗條件：R=2KC,C1=2NF,C2=1NF,側得開環頻率特性曲線如下圖圖8：幅頻特性曲線圖9：相頻特性曲線圖10：幅相特性曲線取點前數據表取點后數據表6實驗條件理論值實測值t=0.2236E=0.2266810n=22.3607rad/secan=21.889790c=21.2425ra

8、d/seccac=20.73451¥=25.2087°丫=25.5755R=4KC,G=2NF,C2=2NF,測得波形圖如下所示:圖11：幅頻特性圖12：相頻特性圖13:幅相特性取點前數據表取點后數據表理論值實測值t=0.2236E=0.2277240n=11.1803rad/secan=10.618840c=10.6213rad/seccac=10.68141=25.2089°丫=24.90618實驗條件：R=4KC,Ci=2NF,C2=3NF,測得波形圖如下所示:圖14：幅頻特性圖15：相頻特性圖16：幅相特性取點前數據表取點后數據表頻率f幅頻L(3)(開)相

9、頻小(3(開)頻率f幅頻L(3)(開)相頻小(3)(開)0515.12138-135.6630.515.12138-135.6630.612.56008-139.180.612.56008-139.180710.40081-143.4120710.40081-143.4120.88.44334-146.9720.88.44334-146.9720.96.66157-149.9680.96.66157-149.96815.04616-152.43915.04616-152.4391.22.17341-156.4111.22.17341-156.4111.4-0.31514-159.3491.30

10、.88162-157.846-159.3491.6-2.49987-161.7641.4-0.315421.6-2.49987-161.7641.8-4.49997-163.6152-6.21306-165.0971.8-4.49997-163.6152.2-7.83582-166.4282-6.21311-165.0972.4-9.28935-167.6022.2-7.83588-166.4282.6-10.6321-168.642.4-9.28942-167.6022.8-11.8988-169.6942.6-10.6321-168.643-13.0822-170.3712.8-11.89

11、89-169.6943-13.0823-170.3713.2-14.2338-171.1913.2-14.2339-171.1913.4-15.3353-171.7723.6-16.2626-172.4623.4-15.3354-171.7723.6-16.2627-172.4623.8-17.1144-173.073.8-17.1145-173.074-18.0915-173.6154-18.0916-173.6154.5-20.23-174.9054.5-20.2301-174.9055-21.9692-176.0885-21.9692-176.0885.5-23.8458-177.231

12、5.5-23.8459-177.2316-25.1052-178.3336-25.1053-178.3336.5-26.6083-179.3886.5-26.6083-179.3887-28.4649-1807-28.465-1807.5-29.5837-1807.5-29.5837-1808-30.8813-1808-30.8814-1808.5-32.4235-1808.5-32.4236-1809-32.4235-1809-32.4236-18010-34.3201-18010-34.3202-180諧振頻率ar=8.796459諧振頻率3r=8.796459諧振峰值L(ar)=8.70

13、88諧振峰值L(fl)r)=8.7088穿越頻率3C=8.796459穿越頻率3C=8.796459阻尼比E=0.18674阻尼比己=018674r自然頻率an=9.120246自然頻率3n=9.120246超調量Mp=55.03693超調量Mp=55.03693調節時間ts=1.761478（Z=5%寸）匚調節時間ts=1.761478（Z=5%寸）相位裕度Y=20.65115二相位裕度丫=20.65063峰值時間tp=0.350631峰值時間tp=0.350631理論值實測值t=0.1826E=0.186740n=9.1287rad/sec3n=9.1202460c=8.8244rad/secc3c=8.796