控制系统的频率特性分析实验报告.pdf

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学而不知道，与不学同；知而不能行，与不知同。——黄睎


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控制系统的频率特性分析实验报告



篇一：控制系统频率特性实验
实验名称控制系统的频率特性实验序号3 实验时间学生
姓名学号专业班级年级
指导教师实验成绩
一、实验目的：
研究控制系统的频率特性，及频率的变化对被控系统的
影响。
二、实验条件：
1、台式计算机
2、控制理论&计算机控制技术实验箱ThKKL-4系列
3、ThKKL仿真软件
三、实验原理和内容：
1．被测系统的方块图及原理被测系统的方块图及原理：
图 3—1 被测系统方块图

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学而不知道，与不学同；知而不能行，与不知同。——黄睎


系统 (或环节)
的频率特性g(j ω)是一个复变量，可以表示成以角频率
ω为参数的幅
值和相角。
本实验应用频率特性测试仪测量系统或环节的频率特
性。
图 4—1 所示系统的开环频率特性为：
采用对数幅频特性和相频特性表示，则式 (3—2)表示为：
将频率特性测试仪内信号发生器产生的超低频正弦信
号的频率从低到高变化，并施
加于被测系统的输入端[r(t)] ，然后分别测量相应的反
馈信号 [b(t)] 和误差信号 [e(t)] 的对数幅值和相位。频率特
性测试仪测试数据经相关器件运算后在显示器中显示。
根据式(3—3)和
式(3—4)分别计算出各个频率下的开环对数幅值和相位，在
半对数坐标纸上作出实验曲线：开环对数幅频曲线和相频曲
线。
根据实验开环对数幅频曲线画出开环对数幅频曲线的
渐近线，再根据渐近线的斜率和转角频确定频率特性(或传
递函数)。所确定的频率特性(或传递函数)的正确性可以由
测量的相频曲线来检验，对最小相位系统而言，实际测量所
得的相频曲线必须与由确定的频率特性(或传递函数)所画

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出的理论相频曲线在一定程度上相符。如果测量所得的相位
在高频(相对于转角频率)时不等于－90°(q －p)［式中p 和
q 分别表示传递函数分子和分母的阶次］，那么，频率特性(或
传递函数)必定是一个非最小相位系统的频率特性。
2．被测系统的模拟电路图被测系统的模拟电路图：见
图 3－2
注意：所测点-c(t) 、-e(t) 由于反相器的作用，输出均
为负值，若要测其正的输出点，可分别在-c(t) 、-e(t) 之后
串接一组 1/1的比例环节，比例环节的输出即为c(t) 、e(t)
的正输出。
四、实验步骤：
在此实验中，利用 TKKL-4型系统中的u15D/A转换单元
将提供频率和幅值均可调的基准正弦信号源，作为被测对象
的输入信号，而TKKL-4型系统中测量单元的ch1 通道用来
观测被测环节的输出（本实验中请使用频率特性分析示波
器） ，选择不同角频率及幅值的正弦信号源作为对象的输入，
可测得相应的环节输出，并在 pc 机屏幕上显示，我们可以
根据所测得的数据正确描述对象的幅频和相频特性图。具体
实验步骤如下：
(1)将 u15D/A转换单元的 ouT端接到对象的输入端。
(2)将测量单元的ch1(必须拨为乘 1 档)接至对象的输出
端。

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(3)将 u1 信号发生器单元的sT 和 s 端断开，用1 号实
验导线将sT 端接至cpu 单元中的 pb10。(由于在每次测量前，
应对对象进行一次回零操作，sT 即为对象锁零控制端，在这
里，我们用 8255的 pb10口对 sT 进行程序控制)
(4)在 pc机上输入相应的角频率，并输入合适的幅值，
按 enTeR键后，输入的角频率开始闪烁，直至测量完毕时停
止，屏幕即显示所测对象的输出及信号源，移动游标，可得
到相应的幅值和相位。
(5)如需重新测试，则按“ new”键，系统会清除当前的
测试结果，并等待输入新的角频率，准备开始进行下次测试。
(6)根据测量在不同频率和幅值的信号源作用下系统误
差 e(t) 及反馈c(t) 的幅值、相对于信号源的相角差，用户
可自行计算并画出闭环系统的开环幅频和相频曲线。实验数
据处理及被测系统的对数幅频曲线和相频曲线
表 3-1实验数据(ω=2π
f)
五、实验记录结果：
六、实验讨论和总结：
篇二：控制系统的频域分析实验报告
课程名称：控制理论乙指导老师：成绩：
__________________实验名称：控制系统的频域分析实验类
型：________________同组学生姓名： __________

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一、实验目的和要求
用计算机辅助分析的方法，掌握频率分析法的三种方法，
即 bode图、nyquist 曲线、nichols 图。
二、实验内容和原理
（一）实验原理
1．bode(波特 )图
设已知系统的传递函数模型：
b1sm?b2sm?1bm?1h(s)?nn?1a1s?a2san?1
则系统的频率响应可直接求出：

b1(j?)m?b2(j?)m?1bm?1h(j?)?nn?1a1(j?)?a2(j?)??
an?1
mATLAb中，可利用bode和 dbode绘制连续和离散系统
的 bode图。
2．nyquist( 奈奎斯特)曲线
nyquist 曲线是根据开环频率特性在复平面上绘制幅相
轨迹，根据开环的nyquist线，可判断闭环系统的稳定性。
反馈控制系统稳定的充要条件是，nyquist 曲线按逆时
针包围临界点(-1，j0)p 圈，为开环传递函数位于右半s 一
平面的极点数。在mATLAb中，可利用函数 nyquist 和
dnyquist 绘出连续和离散系统的乃氏曲线。
3．nicho1s( 尼柯尔斯)图

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根据闭环频率特性的幅值和相位可作出nichols 图，从
而可直接得到闭环系统的频率特性。在
mATLAb中，可利用函数 nichols 和 dnichols 绘出连续
和离散系统的 nichols 图。
（二）实验内容
1．一系统开环传递函数为
h(s)?50(s?1)(s?5)(s?2)