船體建造原則工藝規(guī)范

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1、裝訂線信息科學(xué)與工程學(xué)院本科生實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱線性系統(tǒng)的頻率響應(yīng)分析預(yù)定時(shí)間實(shí)驗(yàn)時(shí)間姓名學(xué)號授課教師黃摯雄黎群輝實(shí)驗(yàn)臺號專業(yè)班級裝訂線一、目的要求1．掌握波特圖的繪制方法及由波特圖來確定系統(tǒng)開環(huán)傳函。2．掌握實(shí)驗(yàn)方法測量系統(tǒng)的波特圖。二、原理簡述（一）．實(shí)驗(yàn)原理1．頻率特性當(dāng)輸入正弦信號時(shí)，線性系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)具有隨頻率(ω由0變至∞)而變化的特性。頻率響應(yīng)法的基本思想是：盡管控制系統(tǒng)的輸入信號不是正弦函數(shù)，而是其它形式的周期函數(shù)或非周期函數(shù)，但是，實(shí)際上的周期信號，都能滿足狄利克萊條件，可以用富氏級數(shù)展開為各種諧波

2、分量；而非周期信號也可以使用富氏積分表示為連續(xù)的頻譜函數(shù)。因此，制系統(tǒng)對正弦輸入信號的響應(yīng)，可推算出系統(tǒng)在任意周期信號或非周期信號作用下的運(yùn)動情況。-19-裝訂線2．線性系統(tǒng)的頻率特性3．頻率特性的表達(dá)式(1)對數(shù)頻率特性：又稱波特圖，它包括對數(shù)幅頻和對數(shù)相頻兩條曲線，是頻率響應(yīng)法中廣泛使用的一組曲線。這兩組曲線連同它們的坐標(biāo)組成了對數(shù)坐標(biāo)圖。對數(shù)頻率特性圖的優(yōu)點(diǎn)：①它把各串聯(lián)環(huán)節(jié)幅值的乘除化為加減運(yùn)算，簡化了開環(huán)頻率特性的計(jì)算與作圖。②利用漸近直線來繪制近似的對數(shù)幅頻特性曲線，而且對數(shù)相頻特性曲線具有奇對稱于轉(zhuǎn)折

3、頻率點(diǎn)的性質(zhì)，這些可使作圖大為簡化。③通過對數(shù)的表達(dá)式，可以在一張圖上既能繪制出頻率特性的中、高頻率特性，又能清晰地畫出其低頻特性。(2)極坐標(biāo)圖(或稱為奈奎斯特圖)(3)對數(shù)幅相圖(或稱為尼柯爾斯圖)本次實(shí)驗(yàn)中，采用對數(shù)頻率特性圖來進(jìn)行頻域響應(yīng)的分析研究。實(shí)驗(yàn)中提供了兩種實(shí)驗(yàn)測試方法：直接測量和間接測量。-19-裝訂線直接頻率特性的測量用來直接測量對象的輸出頻率特性，適用于時(shí)域響應(yīng)曲線收斂的對象（如：慣性環(huán)節(jié)）。該方法在時(shí)域曲線窗口將信號源和被測系統(tǒng)的響應(yīng)曲線顯示出來，直接測量對象輸出與信號源的相位差及幅值衰減情

4、況，就可得到對象的頻率特性。間接頻率特性的測量用來測量閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)特性，因?yàn)橛行┚€性系統(tǒng)的開環(huán)時(shí)域響應(yīng)曲線發(fā)散，幅值不易測量，可將其構(gòu)成閉環(huán)負(fù)反饋穩(wěn)定系統(tǒng)后，通過測量信號源、反饋信號、誤差信號的關(guān)系，從而推導(dǎo)出對象的開環(huán)頻率特性。4．舉例說明間接和直接頻率特性測量方法的使用。(1)間接頻率特性測量方法①對象為積分環(huán)節(jié)：1/0.1S由于積分環(huán)節(jié)的開環(huán)時(shí)域響應(yīng)曲線不收斂，穩(wěn)態(tài)幅值無法測出，我們采用間接測量方法，將其構(gòu)成閉環(huán)，根據(jù)閉環(huán)時(shí)的反饋及誤差的相互關(guān)系，得出積分環(huán)節(jié)的頻率特性。②將積分環(huán)節(jié)構(gòu)成單位負(fù)反饋，模擬電路

5、構(gòu)成如圖3.1-1所示。-19-裝訂線③理論依據(jù)-19-裝訂線④測量方式：實(shí)驗(yàn)中采用間接方式，只須用兩路表筆CH1和CH2來測量圖3.1-1中的反饋測量點(diǎn)和誤差測量點(diǎn)，通過移動游標(biāo)，確定兩路信號和輸入信號之間的相位和幅值關(guān)系，即可間接得出積分環(huán)節(jié)的波特圖。(2)直接頻率特性測量方法只要環(huán)節(jié)的時(shí)域響應(yīng)曲線收斂就不用構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)而采用直接測量法直接測量輸入、輸出信號的幅值和相位關(guān)系，就可得出環(huán)節(jié)的頻率特性。-19-裝訂線④測量方式：實(shí)驗(yàn)中選擇直接測量方式，用CH1路表筆測輸出測量端，通過移動游標(biāo)，測得輸出與信號源的幅值

6、和相位關(guān)系，直接得出一階慣性環(huán)節(jié)的頻率特性。三、儀器設(shè)備PC機(jī)一臺，TD-ACC+(或TD-ACS)教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套。四、線路示圖(見模擬電路圖)五、內(nèi)容步驟（一）．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容-19-裝訂線本次實(shí)驗(yàn)利用教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供的頻率特性測試虛擬儀器進(jìn)行測試，畫出對象波特圖和極坐標(biāo)圖。1．實(shí)驗(yàn)對象的結(jié)構(gòu)框圖2．模擬電路圖-19-裝訂線（二）實(shí)驗(yàn)步驟此次實(shí)驗(yàn)，采用直接測量方法測量對象的閉環(huán)頻率特性及間接測量方法測量對象的頻率特性。1．實(shí)驗(yàn)接線：按模擬電路圖3.1-5接線，TD-ACC+的接線：將信號源單元的“ST”插針分別與“S

7、”插針和“+5V”插針斷開，運(yùn)放的鎖零控制端“ST”此時(shí)接至示波器單元的“SL”插針處，鎖零端受“SL”來控制。將示波器單元的“SIN”接至圖3.1-5中的信號輸入端，TD-ACS的接線：將信號源單元的“ST”插針分別與“S”插針和“+5V”插針斷開，運(yùn)放的鎖零控制端“ST”此時(shí)接至控制計(jì)算機(jī)單元的“DOUT0”插針處，鎖零端受“DOUT0”來控制。將數(shù)模轉(zhuǎn)換單元的“/CS”接至控制計(jì)算機(jī)的“/IOY1”，數(shù)模轉(zhuǎn)換單元的“OUT1”，接至圖3.1-5中的信號輸入端.2．直接測量方法(測對象的閉環(huán)頻率特性)(1)“C

8、H1”路表筆插至圖3.1-5中的4＃運(yùn)放的輸出端。-19-裝訂線(2)打開集成軟件中的頻率特性測量界面，彈出時(shí)域窗口，點(diǎn)擊按鈕，在彈出的窗口中根據(jù)需要設(shè)臵好幾組正弦波信號的角頻率和幅值，選擇測量方式為“直接”測量，每組參數(shù)應(yīng)選擇合適的波形比例系數(shù)，具體如下圖所示:-19-裝訂線(3)確認(rèn)設(shè)臵的各項(xiàng)參數(shù)后，點(diǎn)擊按鈕，發(fā)送一組參數(shù)，待測試完畢，顯示時(shí)域波形，此時(shí)