实验四 控制系统频率特性的测试
一. 实验目的
认识线性定常系统的频率特性,掌握用频率特性法测试被控过程模型的原理和方法,根据开环系统的对数频率特性,确定系统组成环节的参数。
二.实验装置
(1)微型计算机。
(2)自动控制实验教学系统软件。
三.实验原理及方法
(1)基本概念
一个稳定的线性定常系统,在正弦信号的作用下,输出稳态与输入信号关系如下:
幅频特性 相频特性
(2)实验方法
设有两个正弦信号:
若以)(t x ω为横轴,以)(y t ω为纵轴,而以t ω作为参变量,则随t ω的变化,)(t x ω和
)
(y t ω所确定的点的轨迹,将在 x--y 平面上描绘出一条封闭的曲线(通常是一个椭圆)。
这就是所谓“李沙育图形”。
由李沙育图形可求出Xm ,Ym ,φ,
四.实验步骤
(1)根据前面的实验步骤点击实验七、控制系统频率特性测试菜单。
(2)首先确定被测对象模型的传递函数, 预先设置好参数T1、T2、ξ、K
(3)设置好各项参数后,开始仿真分析,首先做幅频测试,按所得的频率范围由低到高,及ω由小到大慢慢改变,特别是在转折频率处更应该多取几个点
五.数据处理
(一)第一种处理方法:
(1)得表格如下:
(2)作图如下:
(二)第二种方法:
由实验模型即,由实验设置模型根据理论计算结果绘制bode图,绘制Bode图。
(三)误差分析
两图形的大体趋势一直,从而验证了理论的正确性。
在拐点处有一定的差距,在某些点处也存在较大的误差。
分析:
(1)在读取数据上存在较大的误差,而使得理论结果和实验结果之间存在。
(2)在数值应选取上太合适,而使得所画出的bode图形之间存在较大的差距。
(3)在实验计算相角和幅值方面本来就存在着近似,从而使得误差存在,而使得两个图形之间有差异
六.思考讨论
(1)是否可以用“李沙育”图形同时测量幅频特性和想频特性
答:可以。
在实验过程中一个频率可同时记录2Xm,2Ym,2y0。
(2)讨论用“李沙育图形”测量频率特性的精度,即误差分析(说明误差的主要来源)答:用“李沙育图形”测量频率特性的精度从上面的分析处理上也可以看出是比较高的,但是在实验结果和理论的结果之间还是存在一定的差距,这些误差主要来自于从“李沙育图形”上读取数据的时候存在的误差,也可能是计算机精度方面的误差。
(3)对用频率特性测试系统数学模型方法的评测
答:用这种方法进行此次实验能够让我们更好地了解其过程,原理及方法。
但本次实验的数据量很大,需要读取较多坐标,教学软件可以更智能一些,增加一些自动读取坐标的功能。
七.实验总结
通过本次实验,我加深了对线性定常系统的频率特性的认识,掌握了用频率特性法测试被控过程模型的原理和方法。
使我把书本知识与实际操作联系起来,加深了对课程内容的理解。
在处理数据时,需要进行一定量的计算,这要求我们要细心、耐心,作图时要注意不能用普通坐标系,而是半对数坐标系进行作图。
附:轨迹曲线
0.1 0.5 0.9 1 1.1
1.1
1.4
4
9
10
11 20 30 50 100。