第一篇：3. 典型環節的頻率特性的測量

實驗報告

課程名稱：

控制理論（乙）

指導老師：

韋巍老師的助教

成績：_________________ 實驗名稱：

典型環節的電路模擬 實驗類型：

控制理論實驗

同組學生姓名：

則系統的轉折頻率為fT?3.3二階系統

1=1.66Hz 2??T

由圖3(Rx=100K)可得系統的傳遞函數和方框圖為：

?n15W(S)???0.2S2?S?1S2?5S?5S2?2??nS??n22

?n?5，??525?5?1.12（過阻尼）2

圖3 典型二階系統的方框圖

其模擬電路圖為

圖4 典型二階系統的電路圖

其中Rx可調。這里可取100K(??1)、10K(0???0.707)兩個典型值。當 Rx=100K時的幅頻近似圖如圖5所示。

圖5 典型二階系統的幅頻特性(??1)

3.4無源滯后—超前校正網絡

其模擬電路圖為

圖6無源滯后—超前校正網絡

其中R1=100K，R2=100K，C1=0.1UF，C2=1UF

其傳遞函數為

(1?R2C2S)(1?R1C1S)(T1S1?1)(T2S?1)?

GC(S)?

(5-5)(1?R2C2S)(1?R1C1S)?R1C2ST1T2S2?(T1?T2?T12)S?1式中

T1＝R1C1，T2＝R2C2，T12＝R1C2 將上式改為

G(S)?(T1S?1)(T2S?1)

(5-6)(?1S?1)(?2S?1)對比式(5-5)、(5-6)得 τ1·τ2＝T1T2 τ1+τ2＝T1+T2+T12

由給定的R1、C1和R2、C2，求得T1＝0.01s，T2＝0.1s，T12＝0.1s。代入上述二式，解得τ1＝4.87×10-3s，τ2＝0.2051s。于是得

T1?1??2T2???2，這樣式(5-6)又可改等為β

(T1S?1)(T2S?1)

(5-7)

T1(?T2S?1)(S?1)G(S)??其幅頻的近似圖如圖7所示。

圖7無源滯后—超前校正網絡的幅頻特性

四、實驗設備

THBDC-2型 控制理論·計算機控制技術實驗平臺；PC機一臺(含“THBDC-2”軟件)、USB數據采集卡、37針通信線1根、16芯數據排線、USB接口線。

五、實驗步驟 5.1二階系統

根據圖5-7所示二階系統的電路圖，選擇實驗臺上的通用電路單元設計并組建相應的模擬電路，如圖8所示。

（1）當RX?100K時：具體步驟請參考慣性環節的相關操作，最后的終至頻率2Hz即可。

（2）當RX?10K時：具體步驟請參考慣性環節的相關操作，最后的終至頻率5Hz即可。5.2無源滯后—超前校正網絡

圖8 典型二階系統的電路圖

根據圖9無源滯后—超前校正網絡的電路圖，選擇實驗臺上的U2通用電路單元設計并組建其模擬電路，如圖10所示。

圖10無源滯后—超前校正網絡（電路參考單元為：U2）

具體步驟請參考慣性環節的相關操作，最后的終至頻率100Hz即可。5.3根據實驗存儲的波形，完成實驗報告。

六、數據分析與處理 6.1二階系統

（1）當RX?100K時，直接從軟件獲得折線圖如下：

轉折頻率約4.7 Hz（2）當RX?10K時，直接從軟件獲得折線圖如下獲得折線圖如下：

諧振峰值4dB，與諧振頻率6.15Hz。6.2無源滯后—超前校正網絡 直接從軟件獲得折線圖如下：

七、實驗結果與分析 7.1二階電路

（1）當RX?100K時的二階電路 電路圖為：

開環傳遞函數：

G(S)?用Matlab繪制理論波特圖，其輸入程序如下：

S（0.2S?1)

得到的圖形如下：

Bode Diagram200Magnitude(dB)Phase(deg)-20-40-60-80-90-135-18010-110010Frequency(rad/s)1102

實驗值與理論值基本相符，在誤差范圍內。理論轉折點頻率應為5Hz。（2）RX?10K時的二階電路 電路圖為：

此時開環傳遞函數為

G(S)?用Matlab繪制其波特圖輸入程序如下：

0.1S（0.2S?1)

得到的波特圖如下：

Bode DiagramGm = Inf dB(at Inf rad/s), Pm = 60 deg(at 8.66 rad/s)100Magnitude(dB)Phase(deg)-10-20-30-40-500-45-90-135-18010-110010Frequency(rad/s)1102

實驗值與理論值基本相符，在誤差范圍內。理論諧振值為3.59dB，理論諧振頻率為6.146Hz。2.無源滯后—超前校正網絡 其模擬電路圖為

其中R1=100K，R2=100K，C1=0.1uF，C2=1uF 則其傳遞函數為

GC(S)?(1?R2C2S)(1?R1C1S)(T1S1?1)(T2S?1)?

(1?R2C2S)(1?R1C1S)?R1C2ST1T2S2?(T1?T2?T12)S?1式中

T1＝R1C1，T2＝R2C2，T12＝R1C2 將上式改為

G(S)?對比式以上兩式得

(T1S?1)(T2S?1)

(?1S?1)(?2S?1)τ1·τ2＝T1T2 τ1+τ2＝T1+T2+T12

由給定的R1、C1和R2、C2，求得T1＝0.01s，T2＝0.1s，T12＝0.1s。代入上述二式，解得τ1＝4.87×10-3s，τ2＝0.2051s。即

G(S)?(0.01S?1)(0.1S?1)

(0.00487S?1)(0.2051S?1)用Matlab繪制此時的波特圖，輸入程序為：

得到的圖形如下所示：

Bode DiagramGm = Inf , Pm =-178 deg(at 3.73e+03 rad/s)2Magnitude(dB)Phase(deg)0-2-4-620100-10-2010-***4Frequency(rad/s)

理論值與實驗值基本相符，在誤差允許范圍內。算得曲線對應的兩個轉折點頻率應為10Hz與100Hz。7.3 誤差分析

實驗實測的BODE圖與利用Matlab繪制的BODE圖存在一定的誤差，可能原因有：（1）實驗搭建的模擬電路元件存在誤差，導致傳遞函數與理論值不符，造成測量誤差。（2）實驗用信號發生器的頻率測量存在誤差。（3）信號采樣過程中存在誤差。（4）波特圖讀取采集點時存在誤差。

八、實驗思考題

8.1在實驗中如何選擇輸入正弦信號的幅值？

答：先將頻率調到很大，再是信號幅值應該調節信號發生器的信號增益按鈕，令示波器的顯示方式為信號－時間模式，然后觀測輸出信號，調節頻率，觀察在各個頻段是否失真。

8.2用示波器測試相頻特性時，若把信號發生器的正弦信號送入Y軸，被測系統的輸出信號送至X軸，則根據橢圓光點的轉動方向，如何確定相位的超前和滯后？

答：如果輸入和輸出信號交換輸入的話，則判斷超前和滯后的方法也要反過來，即順時針時為滯后，逆時針時為超前。

8.3根據上位機測得的Bode圖的幅頻特性，就能確定系統（或環節）的相頻特性，試問這在什么系統時才能實現？

答： 在穩定的系統能夠確定系統（或環節）的相頻特性。

第二篇：典型環節和系統頻率特性的測量

THBCC-1實驗平臺 1 5/17/2012 8:55:00 AM 典型環節和系統頻率特性的測量

姓名: 學號: 班級:同組人：實驗指導老師：

成績：

一、實驗目的

1.了解典型環節和系統的頻率特性曲線的測試方法； 2.根據實驗求得的頻率特性曲線求取傳遞函數。

二、實驗數據或曲線

輸入正弦信號圖像：

圖1 實驗曲線

1.慣性環節

性環節的電路圖 ：

系統傳遞函數為：

G(s)?uo(s)K1 ??ui(s)TS?10.1s?1波形圖像：

a、正弦波的頻率在0.2Hz到2Hz的時，采樣頻率設為1000Hz

THBCC-1實驗平臺 1 5/17/2012 8:55:00 AM

b、正弦波的頻率在2Hz到50Hz的時，采樣頻率設為5000Hz。

2.二階系統

二階系統的電路圖：

THBCC-1實驗平臺 1 5/17/2012 8:55:00 AM 系統傳遞函數：

?n15 W(S)???22220.2S?S?1S?5S?5S?2??nS??n波形圖像：

2a、當RX?100K時

b、當RX?10K時

THBCC-1實驗平臺 1 5/17/2012 8:55:00 AM

3.滯后—超前校正網絡

無源滯后—超前校正網絡的電路圖

傳遞函數為：

(1?R2C2S)(1?R1C1S)(1?T2S)(1?T1S)GC(S)??(1?R2C2S)(1?R1C1S)?R1C2S(1??T2S)(1?T1S/?)

幅頻特性曲線：

THBCC-1實驗平臺 1 5/17/2012 8:55:00 AM

三、實驗思考：

1.在實驗中如何選擇輸入正弦信號的幅值？

答：通過THBCC-1軟件，我們得到輸入正弦信號波形圖，在通過測量波形的峰峰值并不斷調整峰峰值就能得到所需的正弦信號幅值。

2.用示波器測試相頻特性時，若把信號發生器的正弦信號送入Y軸，被測系統的輸出信號送至X軸，則根據橢圓光點的轉動方向，如何確定相位的超前和滯后？ 答：如果輸入和輸出信號交換輸入的話，則判斷超前和滯后的方法也要反過來，即順時針為滯后，逆時針為超前。

3.根據上位機測得的Bode圖的幅頻特性，就能確定系統（或環節）的相頻特性，試問這在什么系統時才能實現？

答： 在穩定的系統能夠確定系統（或環節）的相頻特性。

第三篇：實驗五 典型環節和系統頻率特性的測量

黃倩

0907020102 電力系統

實驗五

典型環節和系統頻率特性的測量

一、實驗目的

1．了解典型環節和系統的頻率特性曲線的測試方法。2．根據實驗求得的頻率特性曲線求取傳遞函數。

二、實驗設備

同實驗一

三、實驗內容

1．慣性環節的頻率特性測試。2．二階系統頻率特性測試。

3．無源滯后—超前校正網絡的頻率特性測試。4．由實驗測得的頻率特性曲線，求取相應的傳遞函數。5．用軟件仿真的方法，求取慣性環節和二階系統的頻率特性。

四、實驗原理

設G(S)為一最小相位系統（環節）的傳遞函數。如在它的輸入端施加一幅值為Xm、頻率為?的正弦信號，則系統的穩態輸出為

y?Ymsin(?t??)?XmG(j?)sin(?t??)

①

由式①得出系統輸出，輸入信號的幅值比

YmXmG(j?)

??G(j?)

②

XmXm顯然，G(j?)是輸入X(t)頻率的函數，故稱其為幅頻特性。如用db（分貝）表示幅頻值的大小，則式②可改寫為

L(?)?20LgG(j?)?20lgYm

③ Xm在實驗時，只需改變輸入信號頻率?的大小（幅值不變），就能測得相應輸出信號的幅值Ym，代入上式，就可計算出該頻率下的對數幅頻值。根據實驗作出被測系統(環節)的對數幅頻曲線，就能對該系統（環節）的數學模型作出估計。

關于被測環節和系統的模擬電路圖，請參見附錄。

五、實驗步驟

1．利用實驗平臺上的通用電路單元，設計一個慣性環節（可參考本實驗附錄的圖4-4）的模擬電路。待檢查電路接線無誤后，接通實驗平臺的電源總開關，并開啟±5V，±15V直流穩壓電源。

2．把采集卡接口單元的輸出端DA1、輸入端AD2與電路的輸入端相連，電路的輸出端則與采集卡接口單元中的輸入端AD1相連。連接好采集卡接口單元與PC上位機的通信線。待接線完成并檢查無誤后，在PC機上啟動“THBDC-1”軟件。具體操作步驟如下：

① 點擊“通道設置”按鈕，選擇相應的數據采集通道（雙通道），然后點擊“開始采集”按鈕，進行數據采集。

② 點擊“虛擬示波器”按鈕，選擇“Bode”圖顯示模式，然后點擊 “開始”按鈕。③ 點擊“信號發生器”按鈕，選擇“正弦波信號”，并設置好信號幅值，然后點擊“變頻輸出（頻率范圍為0.1～30Hz）”及“開始”按鈕，即可觀測環節的幅頻特性。

注：②與③操作順序不可顛倒。

④ 點擊“暫停”及“存儲”按鈕”，保存實驗波形。

3．利用實驗平臺上的通用電路單元，設計一個二階閉環系統（可參考本實驗附錄的圖4-7）的模擬電路。完成二階系統閉環頻率特性曲線的測試，并求取其傳遞函數。具體操作步驟請參考本實驗步驟2。

4．點擊“仿真平臺”按鈕，根據環節的傳遞函數在“傳遞函數”欄中填入該電路實際傳遞函數的參數，觀測該電路的仿真曲線（Bode圖），并與電路模擬研究的結果相比較。

5．根據實驗時存儲的波形完成實驗報告。

六、實驗報告要求

1．寫出被測環節和系統的傳遞函數，并畫出相應的模擬電路圖。

2．把實驗測得的數據和理論計算數據列表，繪出它們的Bode圖，并分析實測的Bode圖產生誤差的原因。

3．用上位機實驗時，根據由實驗測得二階閉環頻率特性曲線，寫出該系統的傳遞函數。

七、實驗思考題

1．在實驗中如何選擇輸入正弦信號的幅值？

2．用示波器測試相頻特性時，若把信號發生器的正弦信號送入Y軸，被測系統的輸出信號送至X軸，則根據橢圓光點的轉動方向，如何確定相位的超前和滯后？

3．根據上位機測得的Bode圖的幅頻特性，就能確定系統（或環節）的相頻特性，試問這在什么系統時才能實現？

八、附錄

1．Bode圖的測試方法 1)用示波器測量幅頻特性

G(j?)?Ym2Y?m Xm2Xm改變輸入信號的頻率，測出相應的幅值比，并計算

L(?)?20logA(?)?20log其測試框圖如下所示：

圖4-2 幅頻特性的測試圖

2）用PC機（利用上位機提供的虛擬示波器和信號發生器）

圖4-3 用虛擬示波器測幅頻特性的方框圖

2Ym

（db）2Xm2．慣性環節

傳遞函數和電路圖為

G(s)?

uo(s)K??ui(s)TS?10.1s?1圖4-4 慣性環節的電路圖

其中

C=1uF，R1=100K，R2=100K，R0=200K 其幅頻特性為

圖4-5 慣性環節的幅頻特性

實驗臺上的參考單元：U7、U5 3．二階系統

傳遞函數和方框圖為：

2?n15 W(S)???22220.2S?S?1S?5S?5S?2??nS??n?n?5，??5?5?1.12（過阻尼）

252

圖4-6 典型二階系統的方框圖

其模擬電路圖為

圖4-7 典型二階系統的電路圖

其中Rx可調。這里可取100K(??1)、10K(0???0.707)兩個典型值。其幅頻特性為

圖4-8 典型二階系統的幅頻特性(??1)

實驗臺上的參考單元：U6、U10、U5 4．無源滯后—超前校正網絡 其模擬電路圖為

圖4-9無源滯后—超前校正網絡

其中R1=100K，R2=100K，C1=0.1uF，C2=1uF 其傳遞函數為

GC(S)?(1?T2S)(1?T1S)(1??T2S)(1?T1S/?)

其幅頻特性為

圖4-10無源滯后—超前校正網絡的幅頻特性

實驗臺上的參考單元：U2

實驗記錄：

思考題： 在實驗中如何選擇輸入正弦信號的幅值? 答：先將頻率調到很大，再是信號幅值應該調節信號發生器的信號增益按鈕，根據需要進行選擇

第四篇：實驗二 典型二階環節的參數測量

實驗二 二階系統的瞬態響應分析

一、實驗目的

（1）掌握典型環節模擬電路的構成方法；

（2）觀察和記錄二階系統在階躍輸入作用下的輸出響應，分析參數變化對典型環節動態特性的影響；

二、實驗儀器設備

（1）TKKL-1型控制理論實驗箱 一臺（2）YB4320B示波器 一臺

三、實驗內容

二階系統的模擬電路如下圖所示。

由模擬電路可求出該電路的閉環傳遞函數。

U0(s)19.6? Ui(s)s2?1s?19.6RfC由此可見，改變滑動電位器電阻Rf的大小，就可以改變系統的阻尼比。實驗要求根據計算設置的阻尼比，在階躍信號作用下，觀察并記錄相應的階躍響應曲線。

四、實驗預習

（1）根據欲搭建的二階系統的物理模型，驗證給出的閉環傳遞函數是否正確。寫出二階系統的典型表達式，搭建系統的無阻尼自然振蕩頻率ωn為多少？若選取Rf=100KΩ，470KΩ，阻尼比分別為多少？

（2）寫出欠阻尼二階系統的單位階躍響應的時域表達式。

五、實驗報告要求

（1）畫出二階系統的模擬電路。

（2）畫出實驗所得的階躍響應曲線。

六、思考題

（1）對于二階系統，說明如何從欠阻尼情況階躍響應曲線上求取動態性能指標δ%、tp及ts的方法（圖示說明），分析ζ對δ%及ts的影響。

（2）分析輸入通路上有哪些典型環節，寫出其傳遞函數表達式。

第五篇：實施“五環節”教學法典型

大郭一中實施“五環節”教學模式

典型材料匯報

為響應臨潁縣教體局大力倡導“五環節”教學法的號召，大郭一中積極行動，周密部署，強力推進，大膽實踐，深入總結和探究“五環節”教學法在我校全面推進和鋪開，教改之風吹遍校園，我們已初步形成以“自主、合作、探究”為主要特征的現代課程教學新模式和生動活潑、民主開放、科學高效的課堂教學新局面。

實施“五環節”教學法以來，學校高度重視。為確保改革工作的扎實開展，我校在硬件建設上下了大力氣。我們想盡辦法籌措資金，安裝了12個現代化多媒體教室，購置了一體機、打印機、電腦、U盤，方便老師制作課件和學案。現在老師們備課的方式已發生根本性變化，告別了“螞蟻搬家式”的手抄教案的陳舊方式，代之的是坐在電腦前搜集資料，巧妙構思制作課件和學案的嶄新方式，節省了老師們的大量時間。老師們上課也全部使用多媒體，課堂教學更直觀、生動、便捷，課堂效率和學習效果大大提高和優化。

老師是教育教學工作的主導，是實施“五環節”教學法的駕馭者，所以培養老師熟練掌握“五環節”教學法的運用能力，強化教育教學改革創新的理念意識，顯得尤為重要，為此，我校多次組織大批教師外出求取教改真經，先后赴山東杜郎口中學、焦作永威中學、許衡中學、漯河二中等名校聽課學習，并讓老師寫出聽課手記，老師們開闊了視野，親眼目睹了教改的先進理念和成果，切實感受了教改的濃郁氛圍，為實施“五環節”教學法奠定了技術和思想基礎。

“硬實力”和“軟實力”都具備之后，學校對實施“五環節”教學法的全面推進做出了周密的部署。

一、大力宣傳和發動。學校數次召開全體教師“五環節”教學法專題 1

會議，闡述實施“五環節”教學法的重大意義和必要性，并每人分發一份“五環節”教學法流程圖，學校還制作了16個“五環節”教學法流程圖的大型牌面，懸掛在各個教室醒目處，要求每位教師鉆研領會“五環節”教學法的精髓和操作方法，然后各教研組召開本組教師專題會，商討實施“五環節”教學法的相關事宜，從而全校上下迅速形成人人談“五環節”，人人想“五環節”的濃厚教改氛圍。

二、扎實推進和落實。學校成立實施“五環節”教學法領導小組，統一安排教改工作，班子成員明確分工，一人負責一學科，安排實施“五環節”教學法的講課、聽課、評課等具體工作。明確要求講課教師實施“五環節”教學法，聽課教師要認真做好聽課記錄，聽課后必須參加評課活動，指出存在的問題，至少要指出兩條改進建議，制定實施“五環節”教學法的工作計劃和嚴明規章制度：課件、學案、聽課記錄檢查，要求每位教師必須保證完成正常的業務工作，做到學案有計劃、內容充實，制作的課件設計新穎，操作性強，環節流暢；作業保證數量和質量，批改有鼓勵性語言，有詳實的作業批改記錄，明確用“五環節”教學法上課，要求學科教師必須使用“五環節”教學法，達到熟練操作，效果顯著，在平時課堂教學積極實踐的基礎上，要求每位教師每學期至少講2節公開課，展示自己實施“五環節”教學法的成果，講公開課的老師主動與負責領導結合，學校協調安排，保證做課和聽課的順利進行。教研組認真總結，深入研究，做好教研工作，教研組統一組織實施“五環節”教學法的交流、研究活動，做到交流工作的“三定”：即定時間、定地點、定人員，無故缺席不參加交流研究活動的，學校要給予懲罰，交流會上每位參與者必須提交本次交流的問題，有本次交流情況的書面記錄。每學科的每次交流探討至少有一名班子成員參加，以保證交流研討的真實有效，做到人人講問題，集思廣益解決問題，次次研討有提高。可以說，自實施“五環節”教學法以來，我校的教研活動開展的有聲有色，大家參與教改的積極性和熱情被充分調動 2

起來，人人談教改，處處議教改，教改不僅僅深入到老師的工作中，而且已滲透到他們的生活中。制定獎懲細則，獎優罰劣，學校定期不定期檢查學案、作業批改等，缺一次扣30元，不完備扣15元，優秀的獎20元，聽課、評課，凡是學校統一組織安排的課，每缺聽評一次扣2元，公開課，每期每位老師至少講2次公開課，缺一節扣30元。被學校推薦到縣里講優質課的，按獲獎等級分別獎勵40元、60元、80元，如果在全縣做公開課，按獲獎等級獎勵100元、200元、300元，課改效果明顯的老師，優先安排外出聽課學習，優先推薦課改先進個人的評選，每期教學效果的評價在原有積分上再乘以1.2倍。積極參加上級有關部門組織的課改交流會學習課改的先進理念和經驗，培育我們自己的課改精英，學校根據平時老師的表現和整體業務素質，在各學科選出拔尖者，給予特別關注和指導，提升他們的課改水平，并邀請縣教研室和電教館的領導到我校聽課指導。經過一段時間的努力，我校已涌現出不少課改能手，如我校的年輕教師寇曉娜、張亞敏、胡瑞娟、張占紅等，他們做的課改縣教研室和電教館的領導聽后，都給予很高的評價，這些教師又用自己的經驗帶動其他教師，有力促進了我校課改工作的深入推進。

“五環節”教學法如一把金鑰匙，打開了教改之門，讓我們在課堂教學模式改革中登堂入室；“五環節”教學法如一縷春風，吹拂在我們的心頭，讓我們在課堂教學模式創新中一路鮮花相伴。經過我們的不懈探索和努力，我們大郭一中的教改工作水平已達到一個新的高度，教改的思路更明晰，教改的成果令人欣慰，教改給大郭一中帶來了新生，我們會一路高歌，沿著教改的康莊大道繼續前行，讓教改的花朵在大郭一中燦爛綻放。

大郭一中

2013年10月