自动控制原理实验报告 ： 线性系统的频率响应分析
本实验旨在通过实践掌握波特图的绘制方法及其在分析系统开环传递函数中的应用，并学会通过波特图确定系统的开环传递函数。学生需使用PC机和TD-ACC+教学系统进行实验操作，并熟悉相关仿真软件的操作以便完成数据采集与分析。在实验中将学习如何绘制波特图并分析其特性，并掌握直接测量和间接测量对象频率特性的方法（如直接测量闭环频率特性及间接测量开环频率特性）。通过本实验可以深入理解频域响应分析的基本原理及其在控制系统设计中的实际应用价值。
一、实验目标与其实质特征
本次实验的目标是设计并实施一系列实践环节，以帮助学生深入掌握并透彻理解系统开环传递函数的具体确定方法，并掌握利用波德图分析系统频率响应特性的方法。
- 学生需要通过实验操作熟悉绘制波特图的方法，并能够根据绘制出的波特图准确地确定系统的开环传递函数。
- 学生将通过本实验的任务学习并掌握使用实验设备测量系统波特图的具体步骤和技巧。
该部分实验涉及的硬件设施与计算机仿真平台主要包括：高性能计算集群用于数据处理、三维建模模块支持场景构建以及动态模拟过程实现系统运行分析等核心功能。
以完成本实验为目标的学生应准备好所需的实验设备与仿真软件。
一台个人计算机配备了一套教学实验系统配置。这些设备与软件是开展实验操作及数据采集的关键装备，能够促进学生对实验原理的理解，并在实践中进一步加深对理论知识的掌握。
此外，在实验过程中学生还需要掌握使用相关的仿真软件这一技术手段 从而能够完成必要的数据模拟与结果分析
第三章 实验原理与方法概述及其结果呈现
- 实验理论基础及其实施过程
实验的理论基础
该系统具有良好的频率响应特性和动态特性
当施加正弦波信号时（即输入为正弦波），系统的稳态输出呈现出随着频率 ω 从零逐渐增加至无穷大而不断变化的特点。这一现象表明，在不同频段范围内（如低频到高频），系统对输入信号表现出不同的响应特性，并被定义为频率响应特性和系统行为特征。
基于频率响应法的核心理念，在实际控制系统中，输入信号虽然并非严格的正弦波形（sinusoidal signals），但通常表现为周期性或其他形式的非周期性信号（non-periodic signals））。值得注意的是，在这种情况下（即当输入为满足狄利克莱条件的实际周期或非周期信号时），都可以分解成一系列谐波分量（harmonic components）的叠加。由此可知，在已知系统对正弦输入信号的响应特性时（frequency response characteristics），可以通过叠加原理推算出系统在任意复杂输入信号作用下的动态行为（dynamic behavior）。
线性系统的频率行为特性和各组成部分间的相互作用情况
...是用于分析线性系统动态响应的关键工具；它能清晰呈现系统对各种频率信号的响应特性及其行为模式。
本节将介绍系统的频率响应特性及动态特性及其对应的数学模型，并通过实例分析说明其在实际应用中的表现特点
称其为波德图（Bode plot），它包含着幅频特性和相频特性两个部分，在工程实践中被广泛应用的一组曲线图形；这些曲线及其对应的坐标构成了完整的波德图。
Bode图有哪些优势：
它将各串联环节幅度的乘法和除法转换成加减运算,从而简化了开环频率特性的计算和绘图过程。
通过渐近线的方法绘制出对数幅频特性的大致图形,而其相频特性则呈现关于转折频率点的奇对称性.这样的特点使得绘图过程更加简便.
基于数学表达式,在同一张图纸上既能够描绘出频率特性的中频和高频特性,也能够清楚地展示其低频特征.
- 极坐标图谱 (亦可称作奈奎斯特图谱)
- 对数幅相曲线 (亦可称作尼柯尔斯分析图形)
本次实验中运用了对数频率特性图来进行频域响应的研究。本实验采用了两种测试方法：直接测量与间接测量。
通过频率响应法进行直接的频响特性测量
用于直接测定对象的输出频率特性的方法，在那些时域响应曲线收敛的对象中（例如惯性环节）能够应用。该方法能够在时域曲线窗口中同时显示信号源和被测系统在其工作状态下的响应曲线，并能直接测定对象输出与信号源之间的相位差以及幅值衰减情况；从而获得对象的频率特性
非直接的频率特性评估
用于测定闭环系统中的开环特性指标。值得注意的是，在某些线性控制系统中，在未闭合前的时域响应曲线可能会出现发散现象而导致幅值难以直接获取。因此可以通过构建一个具有负反馈机制的闭环稳定系统，并建立并分析这些信号之间的相互关系进而推导出对象在未闭合状态下的频率特性特征。
在进行实验的过程中,参与者应细致地观察并记录相关数据,从而便于后续的数据分析与讨论
实验内容
详细阐述了...的具体实施过程
实验内容涵盖对模拟电路图的研究与分析，并且涉及实验设备的操作步骤。
实验流程
组装实验电路：依据编号为3.1-5的模拟电路图完成接线工作，并确保所有连接均正确无误。
对于-ACC+配置：
- 首先断开信号源模块ST引脚与S引脚以及+5V电源插座之间的电气连接关系。
- 然后将运放电路中的锁零控制端子ST并接地后连接至示波器模块上的SL引脚。
- 这种连接方式可实现对锁零状态的有效监控。
- 最后配置示波器模块的输入引脚SIN与图3.1-5所示电路板上的相应信号输入点相连接。
对于-ACS配置： - 同样地断开信号源模块ST引脚与S引脚以及+5V电源插座之间的电气连接关系。
- 将运放电路中的锁零控制端子ST并接地后连接至数字处理器模块上的DOUT0输入端子。
- 这种配置方案可确保对系统状态参数的有效采集。
- 同时将数模转换器模块的/CS接口接地并将其输出通道接入图3.1-5所示主控电路板上相应的数据采集通道。
一种直观的测试方式用于评估目标系统的闭合回路频率响应。
测量装置CH1被连接至图3.1-5所示位置中的第4号运算放大器的输出端子
间接测控方式：用于分析对象的开环频率特性的方法。
将示波器的CH1端子连接至第3号运放的输出端，并将CH2端子连接至第1号运放的输出端。按照直接测量的要求配置相关参数，并选择间接测量方式进行测试。此时相位差等于反馈信号与误差信号之间的相位差，请在示波器上分别标记反馈信号源和误差信号源的位置。测得对象的开环波特图如下：
