自动控制原理第三次实验报告-线性系统的频率响应分析&离散系统的稳定性分析.docx

自动控制原理第三次实验报告-线性系统的频率响应分析&离散系统的稳定性分析

第一篇：自动控制原理第三次实验报告-线性系统的频率响应分析&离散系统的稳定性分析装订线信息科学与工程学院本科生实验报告实验名称预定时间实验时间姓名学号授课教师实验台号专业班级黄挚雄黎群辉线性系统的频率响应分析装订线一、目的要求1．掌握波特图的绘制方法及由波特图来确定系统开环传函。2．掌握实验方法测量系统的波特图。二、原理简述（一）．实验原理1．频率特性当输入正弦信号时，线性系统的稳态响应具有随频率(ω由0变至∞)而变化的特性。频率响应法的基本思想是：尽管控制系统的输入信号不是正弦函数，而是其它形式的周期函数或非周期函数，但是，实际上的周期信号，都能满足狄利克莱条件，可以用富氏级数展开为各种谐波分量；而非周期信号也可以使用富氏积分表示为连续的频谱函数。因此，制系统对正弦输入信号的响应，可推算出系统在任意周期信号或非周期信号作用下的运动情况。2．线性系统的频率特性3．频率特性的表达式(1)对数频率特性：又称波特图，它包括对数幅频和对数相频两条曲线，是频率响应法中广泛使用的一组曲线。这两组曲线连同它们的坐标组成了对数坐标图。装订线对数频率特性图的优点：①它把各串联环节幅值的乘除化为加减运算，简化了开环频率特性的计算与作图。②利用渐近直线来绘制近似的对数幅频特性曲线，而且对数相频特性曲线具有奇对称于转折频率点的性质，这些可使作图大为简化。③通过对数的表达式，可以在一张图上既能绘制出频率特性的中、高频率特性，又能清晰地画出其低频特性。(2)极坐标图(或称为奈奎斯特图)(3)对数幅相图(或称为尼柯尔斯图)本次实验中，采用对数频率特性图来进行频域响应的分析研究。实验中提供了两种实验测试方法：直接测量和间接测量。直接频率特性的测量用来直接测量对象的输出频率特性，适用于时域响应曲线收敛的对象（如：惯性环节）。该方法在时域曲线窗口将信号源和被测系统的响应曲线显示出来，直接测量对象输出与信号源的相位差及幅值衰减情况，就可得到对象的频率特性。间接频率特性的测量用来测量闭环系统的开环特性，因为有些线性系统的开环时域响应曲线发散，幅值不易测量，可将其构成闭环负反馈稳定系统后，通过测量信号源、反馈信号、误差信号的关系，从而推导出对象的开环频率特性。装订线信息科学与工程学院本科生实验报告实验名称预定时间实验时间姓名学号授课教师实验台号专业班级离散系统的稳定性分析装订线一、目的要求1．掌握香农定理，了解信号的采样保持与采样周期的关系。2．掌握采样周期对采样系统的稳定性影响。二、原理简述本实验采用“采样－保持器”LF398芯片，它具有将连续信号离散后以零阶保持器输出信号的功能。其管脚连接图如5.1-1所示，采样周期T等于输入至LF398第8脚(PU)的脉冲信号周期，此脉冲由多谐振器(由MC1555和阻容元件构成)发生的方波经单稳电路(由MC14538和阻容元件构成)产生，改变多谐振荡器的周期，即改变采样周期。1．信号的采样保持：电路如图5.1-3所示。连续信号x(t)经采样器采样后变为离散信号x*(t)，香农(Shannon)采样定理指出，离散信号x*(t)可以完满地复原为连续信号条件为：ωs≥2ωmax(5.1-1)装订线式中ωS为采样角频率，且ωs=2п/T，(T为采样周期)，ωmax为连续信号x(t)的幅频谱|x(jω)|的上限频率。式(5.1-1)也可表示为2．闭环采样控制系统(1)原理方块图(2)模拟电路图装订线图5.1-4所示闭环采样系统的开环脉冲传递函数为：从式(5.1-4)知道，特征方程式的根与采样周期T有关，若特征根的模均小于1，则系统稳定，若有一个特征根的模大于1，则系统不稳定，因此系统的稳定性与采样周期T的大小有关。三、仪器设备PC机一台，TD-ACC+(或TD-ACS)实验系统一套。四、线路示图（见模拟电路图）装订线五、内容步骤1．准备：将信号源单元的“ST”的插针和“＋5V”插针用“短路块”短接。2．信号的采样保持实验步骤(1)按图5.1-3接线。检查无误后开启设备电源。(2)将正弦波单元的正弦信号(将频率调为2.5HZ)接至LF398的输入端“IN1”。(3)调节信号源单元的信号频率使“S”端的方波周期为20ms即采样周期T=20ms。(4)用示波器同时观测LF398的OUT1输出和IN1输入，此时输出波形和输入波形一致。(5)改变采样周期，直到200ms，观测输出波形。此时输出波形仍为输入波形的采样波形，还未失真，但当T>200ms时，没有输出波形，即系统采样失真，从而验证了香农定理。3．闭环采样控制系统实验步骤(1)按图5.1-5接线。检查无误后开启设备电源。(2)取“S”端的方波信号周期T=20ms。(3)阶跃信号的产生：产生1V的阶跃信号。(4)加阶跃