自动控制原理实验四 系统频率特性测量

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实验内容


1.模拟电路图及系统结构图分别如图4-2和图4-3。

图4-2 系统模拟电路图

图 4-3 系统结构图

2.系统传递函数   取R3=500kW,则系统传递函数为

                           U2(S)         500

               G(S)=              =  

                           U1(S)       S2+10S+500  

   若输入信号U1(t)=U1sinwt,则在稳态时,其输出信号为

U2(t)=U2sin(wt+Y)

改变输入信号角频率w值,便可测得二组U2/U1和Y随w变化的数值,这个变化规律就是系统的幅频特性和相频特性。

实验步骤

本实验原理是在被测对象的输入端加上正弦信号,待输出稳定后,在输出端可得到与输入端同频率的正弦信号,但其幅值和相位与输入端信号不同。如果在足够的频率范围内测出输出信号与输入信号的幅值比和相角差,便可得到被测对象的频率特性,进一步可确定被测对象的参数。所以需要构建模型,并通过改变输入信号的角频率,观察波形变化规律来分析系统的幅频特性和相频特性。并观测波特图和奈氏图以及李沙育图。

1、打开matlab的simulink,选择库浏览器。

2、在库浏览器中找到正弦发生函数,长按左键将之拖至模型中。

 

3、添加Transfer Fcn模块和scope模块和Bus Creator模块,并根据闭环传递函数更改参数,连接模块。 

                                    500

               G(S)=

                            S2+10S+500  

4、改变正弦函数的频率。下边以w=10为例。 

5、修改完成后,点击运行,观察scope波形变化。图示为已对波形背景图进行颜色修改后的结果,修改方法前几个实验有相应的步骤,就不再演示,根据实验要求改变w的值,即可观察到不同波形。(w可取1,5,10,20,40分别观察) 

6、测李沙育图需要使用到XY Graph模块,添加进模型后点击运行,再双击XY Graph模块即可进行观察。

 7、测波特图和奈氏图需要借助借助simulink的工具,首先先将输入输出模块替换,然后点击运行,如图。注意,In是输入,Out是输出。

8、运行完成后,打开界面上方的APP。 部分版本可能是英文界面,但图标都是一样的,可以根据图标来识别。 

9、我用的是2022的版本,不同版本工具所在位置不一样,下图为部分版本的打开方式,可以参考

 10、打开了之后基本都是这样的界面,若界面不完全,可以拉动右下角进行放大。在界面中在Analysis I/Os中选择Root level inports and outports

11、最后点击Bode或者Nyquist即可观察到波特图或者奈氏图。 

12、波特图和奈氏图如下 

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