控 制 系 统 工 程 实 验控 制 系 统 工 程 实 验

实验名称实验名称

二阶系统的幅频特性测试

实验地点 :501

实验目的实验目的 掌握频率特性的测试原理方法； 根据二阶系统的对数幅频特性，确定系统

的数学模型； 进一步掌握控制系统的电模拟方法； 了解二阶系统的频域指标与时域指标的对

应关系。

实验仪器及设备实验仪器及设备 JM-1 自动控制原理模拟学习机 “ 自动控制系统虚拟实验平台”虚拟仪器 MATLAB 仿真分析软件 数字三用表

预习报告要求预习报告要求

根据系统框图和“ JM-1 自动控制模拟学习机”面板图，选择合适元件，设计系统的电子模拟电路图；

对原系统进行时域性能分析和频域性能分析，画出系统的 Bode 图，选择 10 个频率测试点（参考起始频率为 0.4 弧度 / 秒）；

预习“自动控制系统虚拟实验平台”中的“时域曲线显示功能”和“较低频率测试功能”。

疑问： 理论课上只讲了开环频率特性，而实验中为什么要测闭环频率特性？

实验方法实验方法 频域法：

对于稳定的线性系统，当输入量是一个角频率为 ω 、幅值为 R 、相位为 θ 的正弦信号时，其稳态输出则为频率不变而幅值相位变化的正弦信号。

实验内容和步骤实验内容和步骤

在 JM-1 模拟机上搭试二阶系统； 测试系统的阶跃响应； 测试系统的幅频特性；

幅频特性数据表幅频特性数据表

（弧度 /秒）

0.4 1 2 2.5 3 3.5 3.8 4.6 5 6

（毫伏）

（分贝） 0m

m

x

y

2

2lg20

my2

mx2

注意事项注意事项 不准使用个人计算机存储设备，以防病毒；

说明：虚拟实验平台的软件界面与数据采集板的引出接口（端子板）的各通道对应关系：

端子板 软件界面 控制系统（模拟机）D/A 通道： D/A1 信号发生器的输出 1 Ui

D/A2 信号发生器的输出 2

A/D 通道： CH0 示波器的输入 1 Uo

CH1 示波器的输入 2

共地： AGND

重要提示重要提示 用数字三用表测试电阻时，必须保证该电位

器与其它元件无关，即开路测电阻；

若选用某个运放搭试某一环节，不能选用与其它运放有关的元件，只能借用与其它运放无关的独立元件；

在频率特性测试时，不能使用其它软件，需要耐心等待。

曲线打印曲线打印 注意：记录曲线时，应适当调节显示窗口，使曲线显示完整，

且较为清晰，便于读数。

用“ BASE” 测试曲线，将“ BASE” 界面最大化后，用“ BASE 打印”截取曲线并备份至 D盘，必须按 1234的顺序截取曲线，打印前，将同组同学的学号或姓名输入。

说明：由于曲线的保存格式是 .bmp 的图形格式，占用大量内存，所以发打印命令后，需等待几分钟后，打印机才能打印出实验结果。

实验报告要求实验报告要求 理论计算原系统的时域指标，并与实验结果进行

比较，分析产生误差的原因；

处理实验数据，用半对数坐标纸绘出系统的幅频曲线，与理论值进行比较，分析产生误差的原因

写出系统的时域特性与频域特性指标间的转换公式，分析时域特性与频域特性指标间的对应关系。

思考题思考题

在实验中用““自动控制系统虚拟实验平台”中的“较低频率测试功能”测试系统的频率特性时，测试时间取决于什么因素？

系统框图系统框图

＋ 10/(0.625s+1) 1/s

系统电路图系统电路图

1A 2A 3A

1R

2R

K160

K625

F10F1

K100 K100K100

K100

a b