3.2 线性控制系统的频域分析实验报告
3.2.1 一阶惯性环节的频率特性曲线
一．实验要求
了解和掌握对数幅频曲线和相频曲线（波德图）、幅相曲线（奈奎斯特图）的构造及绘制方法。
二．实验内容及步骤
本实验用于观察和分析一阶惯性环节的频率特性曲线。
频域分析法是应用频率特性研究线性系统的一种经典方法。它以控制系统的频率特性作为数学模型，以波德图或其他图表作为分析工具，来研究和分析控制系统的动态性能与稳态性能。
本实验将数/模转换器（B2）单元作为信号发生器，实验开始后，将按‘频率特性扫描点设置’表规定的频率值，按序自动产生多种频率信号，OUT2输出施加于被测系统的输入端r(t)，然后分别测量被测系统的输出信号的闭环对数幅值和相位，数据经相关运算后在虚拟示波器中显示。
惯性环节的频率特性测试电路见图3-2-1。
图3-2-1 惯性环节的频率特性测试电路
实验步骤：
（1）将数/模转换器（B2）输出OUT2作为被测系统的输入。
（2）构造模拟电路：按图3-2-1安置短路套及测孔联线，表如下。 （a）安置短路套 （b）测孔联线
1 信号输入 B2（OUT2）→A3（H1） 模块号 跨接座号 2 运放级联 A3（OUT）→A6（H1） 1 A3 S2，S7，S9 3 A6（OUT）→ A8（CIN1） 2 A6 S2，S6 4 相位测量 A8（COUT1）→ B4（A2）
5 B4（Q2）→ B8（IRQ6）
6 幅值测量 A6（OUT）→ B7（IN4） （3）运行、观察、记录：
① 运行LABACT程序，选择自动控制菜单下的线性控制系统的频率响应分析实验项目，选择一阶系统，就会弹出‘频率特性扫描点设置’表，在该表中用户可根据自己的需要填入各个扫描点（本实验机选取的频率值f，以0.1Hz为分辨率），如需在特性曲线上直接标注某个扫描点的角频率ω、幅频特性L(ω)或相频特性φ(ω)，则可在该表的扫描点上小框内点击一下（打√）。‘确认’后将弹出虚拟示波器的频率特性界面，点击开始，即可按
‘频率特性扫描点设置’表，实现频率特性测试。
② 测试结束后（约十分钟），可点击界面下方的“频率特性”选择框中的任意一项进行切换，将显示被测系统的对数幅频、相频曲线(伯德图)和幅相曲线(奈奎斯特图)。示波器的截图详见虚拟示波器的使用。
③显示该系统用户点取的频率点的ω、L、?、Im、Re 实验机在测试频率特性结束后，将提示用户用鼠标直接在幅频或相频特性曲线的界面上点击所需增加的频率点（为了教育上的方便，本实验机选取的频率值f，以0.1Hz为分辨率），实验机将会把鼠标点取的频率点的频率信号送入到被测对象的输入端，然后检测该频率的频率特性。检测完成后在界面上方显示该频率点的f、ω、L、?、Im、Re相关数据，同时在曲线上打‘十字标记’。
④ 改变惯性环节开环增益：改变A6的输入电阻R=50K、100K、200K。C=1u，R2=50K（T=0.05）。
改变惯性环节时间常数：改变A6的反馈电容C2=1u、2u、3u。R1=50K、R2=50K（K=1） 注：本实验要求惯性环节开环增益不能大于5。
三、实验数据
⑴根据线路连接：R1=20K,C=1u，R2=20K
⑵改变惯性环节开环增益：R=200K，C=1u，R2=20K
⑶改变惯性环节时间常数：C=3u，R1=20K，R2=20K