实验三 典型环节和系统频率特性的测量

一．实验类型：操作性实验 二．实验目的

1．了解典型环节和系统的频率特性曲线的测试方法。 2．根据实验求得的频率特性曲线求取传递函数。 三．实验内容

1．惯性环节的频率特性测试。

2．无源滞后—超前校正网络的频率特性测试。 四．实验原理

1. 惯性环节

传递函数和电路图为

G(s)uo(s)K1 ui(s)TS10.1s1 图3-1 惯性环节的电路图 其幅频的近似图如图3-2所示。

图3-2 惯性环节的幅频特性

若图3-1中取C=1uF，R1=100K，R2=100K， R0=200K 则系统的转折频率为fT1=1.66Hz

2T2. 无源滞后—超前校正网络 其模拟电路图为

图3-3无源滞后—超前校正网络

其中R1=100K，R2=100K，C1=0.1uF，C2=1uF

其传递函数为

(1R2C2S)(1R1C1S)(1T2S)(1T1S) GC(S)(1R2C2S)(1R1C1S)R1C2S(1T2S)(1T1S/)其中T1R1C1，T2R2C2T2。 T1其幅频的近似图如图3-4所示。

图3-4无源滞后—超前校正网络的幅频特性

五．实验要求

1． 加深理解系统频率特性的特理概念。

2． 掌握典型环节和系统的频率特性曲线的测试方法，并能根据测试方法测量系统或环

节的频率特性及绘制系统频率特性曲线。

六．实验仪器设备 同实验一 七．实验步骤

1. 惯性环节

1.1 根据图3-5 惯性环节的电路图，选择实验台上的通用电路单元设计并组建相应的模拟电路。其中电路的输入端接实验台上信号源的输出端，电路的输出端接数据采集接口单元的AD2输入端；同时将信号源的输出端接数据采集接口单元的AD1输入端。

图3-5 惯性环节的电路图 1.2点击“BodeChart”软件的“开始采集”；

1.3调节“低频函数信号发生器”正弦波输出起始频率至0.2Hz，并用交流电压测得其压电有效值为4V左右，等待到电路输出信号稳定后，点击“手动单采”，等待，软件即会自动完成该频率点的幅值特性，并单点显示在波形窗口上。

1.4继续增加并调节正弦波输出频率（如0.3Hz，本实验终至频率5Hz即可），等输出信号稳定后，点击“手动单采”，等待，软件即会自动完成该频率点的幅值特性，并单点显示在波形窗口上。

1.5继续第1.2、1.3步骤，一直到关键频率点都完成。 1.6点击停止采集，结束硬件采集任务。

1.7点击“折线连接”，完成波特图的幅频特性图。 1.8保存波形到画图板。

2. 无源滞后—超前校正网络

根据图3-3无源滞后—超前校正网络的电路图，选择实验台上的U2通用电路单元设计并组建其模拟电路，如图3-6所示。

图3-6无源滞后—超前校正网络（电路参考单元为：U2）

具体步骤请参考惯性环节的相关操作，最后的终至频率100Hz即可。 频率的参考取值：

第一组：0.2、0.6、1、1.5、2.2、3、4、6、9、15、22、30、40、55、70、88、100 第二组：0.2、0.4、0.6、0.8、1.2、1.6、2.1、2.7、3.4、4.2、5.2、6.7、8.7、11.7、15.7、20.7、26.7、33.7、43.7、57.7、77.7、100 4．根据实验时存储的波形完成实验报告。 八．实验报告要求

1．写出被测环节和系统的传递函数，并画出相应的模拟电路图。

2．把实验测得的数据和理论计算数据列表，绘出它们的Bode图，并分析实测的Bode图产生误差的原因。 九．实验思考题

1．在实验中如何选择输入正弦信号的幅值？

2．用示波器测试相频特性时，若把信号发生器的正弦信号送入Y轴，被测系统的输出信号送至X轴，则根据椭圆光点的转动方向，如何确定相位的超前和滞后？

3．根据上位机测得的Bode图的幅频特性，就能确定系统（或环节）的相频特性，试问这在什么系统时才能实现？