机电控制工程基础实验报告.pptx

机电控制工程基础实验报告

实验一、频率特性测试实验

1、实验目的：通过实验掌握系统建模的方法，掌握频率特性概念，了解对数幅频率特性、相频率特性。

2、实验条件：IBM兼容机、MATLAB软件

3、实验原理：

线性系统或环节的频率特性是指在正弦信号ArSin(wt+φr)作用下，其稳态输出是于输入同频率的正弦信号AcSin(wt+φc),但输出的幅值Ac和相位φc与输入是不同的，而且是输入频

率的函数，频率特性的幅值即幅频特性A(w)反映了输出的幅值与输入幅值随输入频率变化的关系，依据定义A(w)=Ac/Ar,频率特性的相位即相频特性φ(w)反映了输出的相位与输入相位随输入频率变化的关系，依据定义φ(0)=φc-φr。

基于定义方法求取频率特性，可采用如下两种方法：

(1)对模型输入各种频率的正弦，分别记录、整理输入与稳态输出的幅值与相位差。

(2)对模型输入各种频率的正弦，利用双踪示波器对得到的李沙玉图形进行记录、整理。下面采用第一种方法求取频率特性。由于需要稳态输出，在进行时间取值时并不是将时间

t从0开始，而是根据角频率ω的大小，从一定时间后开始进行计算，使得出的输出基本认为是稳态输出，然后比较输出的幅值与相位，从而得到频率特性。

4、实验内容：

(1)推导如图1-1所示的RC无源网络的传递函数：

R₂=20K

0-

R₁=2K

uC₂=1μFu₀

C₁=50μF

图1-1RC无源网络

设流入R₁、R₂、C₂的电流为i、i₂、i₃,方向如图所示，根据复阻抗及电路定律得：

,I₂(s)=[U₁(s)U₀(s)]/R₂,

而I₁(s)=I₂(s)+I₃(s),代入整理后有：

(2)利用频率特性概念，按工程获得频率特性的方法研究G(S)的频率特性。

在MATLAB的“CommandWindows”命令窗口内，输入“simulink”命令。新建仿真窗口，拖拽“simulink”模块下，“Sources”模型下“SineWave”正弦信号到新建仿真窗口；拖拽“simulink”模块下，“Continuous”模型下“TransferFcn”传递函数模型到新建仿真窗口；拖拽“simulink”模块下，“SignalRouting”模型下“Mux”多路复用模型到新建仿真窗口；拖拽“simulink”模块下，“Sinks”模型下“Scope”示波器模型到新建仿真窗口。将它们连接起来，得到如图1-2所示的动态结构图。

(3)w=10,t=98-100仿真结果(4)w=100,t=99.9-100仿真结果

图1-3

为了能较为精确地获得输出仿真数值，可对仿真结果各图中的稳态输出曲线单击，利用纵轴的刻度线，逼近得出较为精确的仿真数值。现将统计结果汇总到表1-1中。如果想求出更多点的数值，可重复上述过程。

表1-1(输入幅值U₁=1,输出幅值U₀)

图1-2

单击“Simulation”菜单，在下拉的选项中选择“SimulationParameters”,弹出参数设置窗口，设置“Starttime”开始时间为10(秒)和“Stoptime”终止时间100(秒),其他参数不要修改，设置后单击“OK”按钮。单击“正弦模型”,弹出正弦波参数设置窗口，由初始角频率1(rad/sec),设置为0.1(弧度/秒),其他参数不变，然后运行。其他各角频率情况类似，若干结果如图1-3所示。

0.002s2+0.12s+1

0.021s²+1.045s+1

SineWave

TransferFcn

Soope

当R₁=2K,R₂=20K,C₁=50μF,C₂=1μF时，其传递函数为

(1)o=0.1,t=0-100仿真结果(2)w=1,t=80-100仿真结果

角频率(弧度/秒)

仿真时间(秒)

幅频特性

A(o)=U₀

Ui、U₀过零时间或峰值位移差△

相频特性

△*O180/π

L(W)=20lgA

dB

0.1

0-100

≈