一二阶系统频率特性测试与分析.docx

广西大学实验报告纸 成绩：班级：1212014年11月16日姓名：指导老师：胡老师学院：电气工程学院专业：自动化实验内容：零、极点对限性控制系统的影响【实验时间】2014年11月14日【实验地点】宿舍【实验目的】掌握测量典型一阶系统和二阶系统的频率特性曲线的方法;掌握软件仿真求取一、二阶系统的开环频率特性的方法;学会用Nyquist判据判定系统的稳定性。 成绩：班级：1212014年11月16日 【实验设备与软件】labACT实验台与虚拟示波器MATLAB软件【实验原理】其稳态输出是系统的频率特性测试方法 其稳态输出是 对于现行定常系统，当输入端加入一个正弦信号X（?t）=Xsin（四）时，个与输入信号频率相同，但幅值和相位都不同的正弦信号Y(s)=Ysin(st+W)=X|G(j^)\sin(st+W)。 幅频特性：\G（加）|=Ym/Xm，即输入与输出信号的幅度比值，通常转换成20lgG（加）|形式。 相频特性：中0）=argG（jS），可以直接基于虚拟示波器读取，也可以用“李沙育图行”法得到。 可以将用Bode图或Nyquist图表示幅频特性和相频特。 在labACT试验台采用的测试结构图如下： 被测定稳定系统对于实验就是有源放大电路模拟的一、二阶稳定系统。 系统的频率测试硬件原理1）正弦信号源的产生方法频率特性测试时，一系列不同频率输入正弦信号可以通过下图示的原理产生。按照某种频率不断变化的数字信号输入到DAC0832，转换成模拟信号，经一级运放将其转换为模拟电压信号，再经过一个运放就可以实现双极性电压输出。 根据数模转换原理，知土VR 再根据反相加法器运算方法，得(RR (RR} 一N) V—- —V+TV —一 2x ——+V 0 1R01RR\ 、227 k 28R) —— N-128y 128R 由表达式可以看出输出时双极性的：当N大于128时，输出为正；反之则为负；当输入为128时，输出为0. 在labACT实验箱上使用的参考电压时5V的，内部程序可以产生频率范围是对一阶系统是0.5H?64H、对二阶系统是0.5H~16H的信号，并由B2单元的OUT2输出。ZZZZ9123O11DAC08328B2模块数模转换 9123O11DAC08328 B2模块数模转换 R?:Ri2:1 对被测对象的输出信号夏阳，首先将其通过LM324与基准电压进行比较嵌位，再通过CD14538进行脉冲整形，一保证有足够的IRQ采样时间，最后将信号送到处理器的IRQ6脚，向处理器申请中断，在中断中对模拟量Vy进行采样并模数转换，进而进行处理与计算幅值与相位。途中采用ADC089采集模拟量，以单极性方式使用，所以在出现振荡的情况下需要加入一个二极管，将Vy出现负值时将其直接拉倒0。 VMV2.4KQ—/\p—■|r~~~]—（被测对象输出）CFNDk~D,〉27OISDDCSI60800qv,82dIS0IIN6IFN4VRVR-zK2.4kQA9-LM324?GND?OUT3）实验对象的描述与计算（1）水箱液位对象模型水箱液位对象模型可以抽象成一个一阶惯性环节 VM V2.4KQ—/\p—■|r~~~]—（被测对象输出）CFN Dk~D,〉 27OISDDCSI60800qv,82dIS0IIN6IFN4VRVR- zK2.4kQA9-LM324?GND ?OUT （2）直流电机空载对象模型 直流电机空载对象在忽略粘性摩擦时的模型开环出传递函数为G(s)=―K—Ts(Ts+1)01。设电机时 010.1125G(s)=——K——=—25—=—^4—TyT+1)s(0.1s+1)s(s+2。①)其中，自然频率?=K/TT=(25/0.1=15.81rad/s阻尼比。=0.5jT/KT=,1011。110.316。 系统的开环频率特性为|L(zS)|=,250①、①2+100ZL(iw)=-90。-arctan?/10)由此可依据Nyquist曲线画法与Bode图画法得到相应图形。 令ZL(讪)=1，则得幅值交越频率①=必dJ1+4。2-2。2=14.186将其代入相角表达式，得到相角裕度2匚中=180。+中(①)=arctan丁=34.93令/L如)=-180。，则得到相位交越频率表明裕度为8。 250 ①2W(S)=S2+2。①+①2s2+10s+250由闭环传递函数可计算谐振频率和谐振峰值———1①=必寸1-22=14.14rad/sL(①)=20lg-—^^===4.44d8 测试数据观察用labACT软件自选择自动控制菜单下的线性控制系统的频率响应分析-实验项目，分别选择一阶或二阶系统，再选择开始实验就会弹出虚拟示波器的频率特性界面，电机开始，试验机将自动产生幅值为1，频率为0.5Hz~64Hz（一阶）、0.5Hz~16砂（二