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1、线性定常系统的频率特性第1页，本讲稿共14页一、实验目的一、实验目的1 1、学习了解、学习了解、学习了解、学习了解MatlabMatlab语言的实验环境。语言的实验环境。语言的实验环境。语言的实验环境。2 2、练习、练习、练习、练习MatlabMatlab命令的基本操作。命令的基本操作。命令的基本操作。命令的基本操作。3 3、练习、练习、练习、练习mm文件的基本操作。文件的基本操作。文件的基本操作。文件的基本操作。4 4、明确频率特性的概念及其物理意义。、明确频率特性的概念及其物理意义。、明确频率特性的概念及其物理意义。、明确频率特性的概念及其物理意义。5 5、掌握频率特性的测试方法及原理、掌
2、握频率特性的测试方法及原理、掌握频率特性的测试方法及原理、掌握频率特性的测试方法及原理;6 6、掌握频率特性的表示方法、掌握频率特性的表示方法、掌握频率特性的表示方法、掌握频率特性的表示方法第2页，本讲稿共14页对对对对于于于于稳稳稳稳定定定定的的的的线线线线性性性性系系系系统统统统，测测测测量量量量其其其其频频频频率率率率特特特特性性性性就就就就是是是是对对对对被被被被测测测测系系系系统统统统输输输输入入入入某某某某一一一一频频频频率率率率的的的的正正正正弦弦弦弦信信信信号号号号，然然然然后后后后测测测测量量量量其其其其稳稳稳稳态态态态输输输输出出出出与与与与输输输输入入入入的的的的幅幅幅幅
3、值值值值比比比比和和和和相相相相位位位位差差差差，每每每每改改改改变变变变一一一一次次次次频频频频率率率率就就就就得得得得到到到到一一一一组组组组幅幅幅幅值比和相位差。频率特性测试原理图如图所示。值比和相位差。频率特性测试原理图如图所示。值比和相位差。频率特性测试原理图如图所示。值比和相位差。频率特性测试原理图如图所示。输入输入输入输入线性系统线性系统线性系统线性系统输出输出输出输出示波器示波器示波器示波器(频率分析仪频率分析仪频率分析仪频率分析仪)图图图图 频率特性测试原理图频率特性测试原理图频率特性测试原理图频率特性测试原理图 设系统传递函数为设系统传递函数为设系统传递函数为设系统传递函数
4、为G(s)G(s)，则，则，则，则二、实验原理二、实验原理第3页，本讲稿共14页相位差：相位差：相位差：相位差：图图图图 在示波器上测试相位差的示意图在示波器上测试相位差的示意图在示波器上测试相位差的示意图在示波器上测试相位差的示意图 测量幅频特性时，为了读取方便，输入输出均取峰值。测量幅频特性时，为了读取方便，输入输出均取峰值。测量幅频特性时，为了读取方便，输入输出均取峰值。测量幅频特性时，为了读取方便，输入输出均取峰值。第4页，本讲稿共14页三、实验仪器设备三、实验仪器设备1 1、计算机。、计算机。、计算机。、计算机。2 2、MatlabMatlab仿真软件。仿真软件。仿真软件。仿真软件。
5、第5页，本讲稿共14页四、实验内容四、实验内容 1 1、学习了解、学习了解、学习了解、学习了解MatlabMatlab语言环境语言环境语言环境语言环境双双双双击击击击桌桌桌桌面面面面上上上上的的的的MatlabMatlab图图图图标标标标(或或或或使使使使用用用用其其其其他他他他打打打打开开开开程程程程序序序序的的的的方方方方式式式式)，进进进进入入入入MatlabMatlab工工工工作作作作界界界界面面面面窗窗窗窗口口口口。在在在在默默默默认认认认的的的的情情情情况况况况下下下下，这这这这个个个个界界界界面面面面上上上上有有有有指指指指令令令令窗窗窗窗口口口口(Command(Command
6、 Windows)Windows)、历历历历史史史史指指指指令令令令窗窗窗窗口口口口(Command(Command History)History)、工作空间窗口、工作空间窗口、工作空间窗口、工作空间窗口(Workspace)(Workspace)等。等。等。等。MatlabMatlab工作界面窗口工作界面窗口工作界面窗口工作界面窗口 第6页，本讲稿共14页在在在在“command“command Window”Window”命命命命令令令令窗窗窗窗口口口口中中中中命命命命令令令令提提提提示示示示符符符符位置键入如下命令：位置键入如下命令：位置键入如下命令：位置键入如下命令：helphelp
7、显示显示显示显示MatlabMatlab的功能目录的功能目录的功能目录的功能目录help controlhelp control阅读控制系统工具箱命令清单。阅读控制系统工具箱命令清单。阅读控制系统工具箱命令清单。阅读控制系统工具箱命令清单。help stephelp step阅读命令阅读命令阅读命令阅读命令stepstep的帮助文件内容。的帮助文件内容。的帮助文件内容。的帮助文件内容。第7页，本讲稿共14页2 2、练习、练习、练习、练习MatlabMatlab命令的基本操作命令的基本操作命令的基本操作命令的基本操作键入常数矩阵输入命令键入常数矩阵输入命令键入常数矩阵输入命令键入常数矩阵输入命令
8、 a=1 2 3 a=1 2 3 与与与与 a=1;2;3 a=1;2;3观察显示结果，比较结果有何不同。观察显示结果，比较结果有何不同。观察显示结果，比较结果有何不同。观察显示结果，比较结果有何不同。b=1 2 5 b=1 2 5 与与与与 b=1 2 5;b=1 2 5;观察显示结果，比较显示结果有何不同。观察显示结果，比较显示结果有何不同。观察显示结果，比较显示结果有何不同。观察显示结果，比较显示结果有何不同。a a b ba a b b观察显示结果，比较变量加观察显示结果，比较变量加观察显示结果，比较变量加观察显示结果，比较变量加“”“”后的区别。后的区别。后的区别。后的区别。A=1
9、A=1 2 2 3;2 3;2 3 3 1;3 1;3 2 2 1 1 B=2 B=2 3 3 4;3 4;3 4 4 5;4 5;4 5 5 6 6 A+B A+B A*BA*B观察显示结果。观察显示结果。观察显示结果。观察显示结果。观观观观察察察察历历历历史史史史指指指指令令令令窗窗窗窗口口口口(Command(Command History)History)和和和和工工工工作作作作空空空空间间间间窗窗窗窗口口口口(Workspace)(Workspace)。第8页，本讲稿共14页已知闭环传递函数已知闭环传递函数已知闭环传递函数已知闭环传递函数 绘制单位阶跃响应。绘制单位阶跃响应。绘制单位
10、阶跃响应。绘制单位阶跃响应。在在在在命命命命令令令令窗窗窗窗口口口口中中中中命命命命令令令令提提提提示示示示符符符符位位位位置置置置依依依依次次次次键键键键入入入入如如如如下命令：下命令：下命令：下命令：num=1num=1den=1 1 1den=1 1 1phi=tf(num,den)phi=tf(num,den)step(phi)step(phi)观察显示结果。观察显示结果。观察显示结果。观察显示结果。第9页，本讲稿共14页已知惯性环节的传递函数已知惯性环节的传递函数已知惯性环节的传递函数已知惯性环节的传递函数 试绘制其试绘制其试绘制其试绘制其BodeBode图。图。图。图。键入如下命令
11、：键入如下命令：键入如下命令：键入如下命令：bode(2,1 1)bode(2,1 1)gridgrid观察显示结果。观察显示结果。观察显示结果。观察显示结果。第10页，本讲稿共14页3 3、练习、练习、练习、练习mm文件的基本操作文件的基本操作文件的基本操作文件的基本操作选择菜单项中的选择菜单项中的选择菜单项中的选择菜单项中的FileNew M-fileFileNew M-file，即可，即可，即可，即可打开程序编辑窗口。键入如下程序：打开程序编辑窗口。键入如下程序：打开程序编辑窗口。键入如下程序：打开程序编辑窗口。键入如下程序：w=0.1;w=0.1;gs=tf(2,1 1);gs=tf(
12、2,1 1);t=0:0.1:30/w;t=0:0.1:30/w;u1=sin(w*t);u1=sin(w*t);y1=lsim(gs,u1,t);y1=lsim(gs,u1,t);plot(w*t,u1,k,w*t,y1,r)plot(w*t,u1,k,w*t,y1,r)gridgrid%输入信号频率输入信号频率输入信号频率输入信号频率(w=0.1,0.3,1,3,10)(w=0.1,0.3,1,3,10)%传递函数传递函数传递函数传递函数%时间区间时间区间时间区间时间区间%正弦输入信号正弦输入信号正弦输入信号正弦输入信号%给定输入和时间，输出的时域仿真给定输入和时间，输出的时域仿真给定输入
13、和时间，输出的时域仿真给定输入和时间，输出的时域仿真%绘图，黑线绘图，黑线绘图，黑线绘图，黑线-输入，红线输入，红线输入，红线输入，红线-输出输出输出输出%加网格线加网格线加网格线加网格线程序运行可以选择菜单项中的程序运行可以选择菜单项中的程序运行可以选择菜单项中的程序运行可以选择菜单项中的DebugRun DebugRun 来执行程序，来执行程序，来执行程序，来执行程序，若第若第若第若第1 1次运行时程序未保存，会提示保存，以后每次运行时会次运行时程序未保存，会提示保存，以后每次运行时会次运行时程序未保存，会提示保存，以后每次运行时会次运行时程序未保存，会提示保存，以后每次运行时会自动保存程
14、序。若程序不是保存在当前路径下，运行时会提自动保存程序。若程序不是保存在当前路径下，运行时会提自动保存程序。若程序不是保存在当前路径下，运行时会提自动保存程序。若程序不是保存在当前路径下，运行时会提示，选择确定即可。示，选择确定即可。示，选择确定即可。示，选择确定即可。第11页，本讲稿共14页运行程序后绘制出输入输出信号曲线图。选择菜单项运行程序后绘制出输入输出信号曲线图。选择菜单项运行程序后绘制出输入输出信号曲线图。选择菜单项运行程序后绘制出输入输出信号曲线图。选择菜单项中的中的中的中的EditAxes PropertiesEditAxes Properties可以编辑坐标轴的特性，可以编辑
15、坐标轴的特性，可以编辑坐标轴的特性，可以编辑坐标轴的特性，以便更容易读取图形数据。若将以便更容易读取图形数据。若将以便更容易读取图形数据。若将以便更容易读取图形数据。若将X LimitsX Limits设为设为设为设为26.5 to 2726.5 to 27，可读得相位差约为可读得相位差约为可读得相位差约为可读得相位差约为0.10.1。若将。若将。若将。若将Y LimitsY Limits设为设为设为设为1.95 to 21.95 to 2，可读，可读，可读，可读得输出幅值约为得输出幅值约为得输出幅值约为得输出幅值约为1.991.99。第12页，本讲稿共14页依次改变输入信号频率，读取对应输出
16、信号的幅值比和依次改变输入信号频率，读取对应输出信号的幅值比和依次改变输入信号频率，读取对应输出信号的幅值比和依次改变输入信号频率，读取对应输出信号的幅值比和相位差，填写下表。相位差，填写下表。相位差，填写下表。相位差，填写下表。0.10.10.30.31 13 31010A A()L L()(dB)(dB)()(rad)(rad)()()()参数参数参数参数表表表表 实验数据记录参考格式表实验数据记录参考格式表实验数据记录参考格式表实验数据记录参考格式表 第13页，本讲稿共14页五、实验报告要求五、实验报告要求五、实验报告要求五、实验报告要求 、按频率特性测试要求记录实验数据，绘制实、按频率
17、特性测试要求记录实验数据，绘制实、按频率特性测试要求记录实验数据，绘制实、按频率特性测试要求记录实验数据，绘制实验曲线验曲线验曲线验曲线(幅相频率特性曲线、对数幅频特性曲线、对幅相频率特性曲线、对数幅频特性曲线、对幅相频率特性曲线、对数幅频特性曲线、对幅相频率特性曲线、对数幅频特性曲线、对数相频特性曲线数相频特性曲线数相频特性曲线数相频特性曲线)。、能否根据实验所得的、能否根据实验所得的、能否根据实验所得的、能否根据实验所得的BodeBode图确、定系统图确、定系统图确、定系统图确、定系统的传递函数？如何确定？的传递函数？如何确定？的传递函数？如何确定？的传递函数？如何确定？、写出建议和体会。、写出建议和体会。、写出建议和体会。、写出建议和体会。第14页，本讲稿共14页