实验四典型系统的频率特性测试.doc

实验四的目的是深入理解控制系统中频率特性的概念，并掌握如何测试和分析典型的一阶和二阶系统的频率特性。实验内容包括使用Matlab软件和实验箱搭建模拟电路来绘制系统的幅相曲线和对数频率特性曲线。 一阶惯性环节是控制系统中最基本的元件，其频率特性反映了系统的响应速度。在实验中，首先通过Matlab的`tf`函数建立一阶系统的传递函数模型，然后使用`nyquist`和`bode`函数绘制奈氏图和波特图。奈氏图展示了系统的稳定性，而波特图则揭示了系统增益和相位随频率的变化。在Simulink环境中，构建相同的系统模型，通过改变正弦输入信号的频率，获取输出与输入的幅值比和相位差。在实验箱中，通过搭建模拟电路并输入正弦波信号，观测实际的幅频和相频曲线，与软件仿真结果进行对比。 对于二阶系统，其频率特性涉及到系统的动态性能，如超调量、调整时间等。同样，利用Matlab函数建立二阶系统的传递函数，绘制幅相曲线和对数频率特性曲线。在Simulink中进行仿真实验，获取不同频率下的幅值比和相位差，并在实验箱中搭建电路进行验证。通过比较理论计算和实验数据，可以分析系统的稳定性和响应速度。 实验结果部分包含了不同频率下一阶环节的幅频响应和相频响应数据，以及Matlab和Simulink仿真的具体数值。这些数据用于绘制出实际的频率特性曲线，以便进一步分析系统的动态行为。例如，通过观察奈氏图，可以判断系统是否稳定；通过波特图，可以了解系统的增益裕度和相位裕度，评估其稳定性边界。 总结来说，这个实验是控制系统理论的重要实践部分，它帮助学生直观地理解频率特性的概念，掌握利用数学工具和硬件设备分析系统动态性能的方法。通过比较理论计算与实验数据，学生能更好地掌握一阶和二阶系统的频率特性，这对于设计和分析复杂的控制系统的动态性能至关重要。