西北工业大学-信号与线性系统实验报告-实验八、.docx

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信号与线性系统实验报告

西北工业大学

信号与线性系统实验报告

学号姓名：

实验八一阶网络特性测量

1.实验内容

在电路系统中，一阶系统是构成复杂系统的基本单元。

学习一阶系统的特点有助于对一般系统特性的了解。

一阶系统的传输函数一般可以写成：

因果系统是稳定的要求：

，不失一般性可设。

该系统的频响特性为：

从其频响函数中可以看出系统响应呈低通方式，其3dB带宽点。

系统的波特图如下图：

一阶低通系统的单位冲击响应与单位阶跃响应如下图：

2.实验过程

1、一阶网络波特图的测量：

（1）首先用低频信号源产生一正弦信号，输出信号幅度为2Vpp。

加入到“一阶网络”模块的X输入端。

（2）用示波器测量一阶网络的输出信号Y（t）。

（3）然后从低频开始不断增加信号源的输出频率（1KHz一个步进），并保持其输出幅度不变，测量相应频点一阶网络的输出信号，并记录下输出信号的幅度、输入信号与输出信号的相位差。

以频率与输出幅度（可换算成相对0点的相对电平值，其单位为dB）为变量画出一曲线，同时以频率与输入输出信号相位差为变量画出一曲线。

这两条曲线即为一阶网络的波特图。

2、一阶网络单位阶跃响应测量：

（1）按1.3节使JH5004信号产生模块处于模式2，在该模式下，脉冲信号输出端产生一周期为45ms的方波信号。

（2）将脉冲信号加入到“一阶网络”模块的X1输入端。

用示波器测量一阶网络的单位阶跃响应。

3、用二次开发模块的元件，改变一阶网络的元件参数，重复上述实验。

3.实验数据

（1）一阶网络波特图的测量

①频率为1KHZ时的输出信号以及输入输出信号的对比图

②频率为2KHZ时的输出信号以及输入输出信号的对比图

③频率为3KHZ时的输出信号以及输入输出信号的对比图

④频率为4KHZ时的输出信号以及输入输出信号的对比图

⑤频率为5KHZ时的输出信号以及输入输出信号的对比图

（2）一阶网络单位阶跃响应测量（未改变一阶网络的原件参数）

（3）一阶网络波特图的测量（并联一个4.3K）

①用示波器测量一阶网络1khz输出及输入输出对比图

②用示波器测量一阶网络2khz输出及输入输出对比图

③用示波器测量一阶网络3khz输出及输入输出对比图

④用示波器测量一阶网络4khz输出及输入输出对比图

⑤用示波器测量一阶网络5khz输出及输入输出对比图

（4）一阶网络单位阶跃响应测量（并联一个4.3KΩ的电阻）

4.实验结果分析及思考

1、一阶网络波特图实测曲线与理论曲线的对比分析。

两种方法所画的幅度谱的绝对值都是单调递增的，相位谱都是单调递减的，但是根据表所画出的相位减得较慢，而矢量作图法中相位谱中的相位减得较快。

因为根据表所画出的图横坐标是f0，矢量作图法中的横坐标的Ω。

2、一阶网络极点参数的改变方法。

调节输入信号频率，调节输入信号幅度。

实验九二阶网络特性测量

1.实验内容

在电路系统中，二阶系统是一阶系统的扩展，与一阶系统一样是构成复杂系统的基本单元。

一般二阶系统的构成电路如下图：

二阶系统的传输函数一般可以写成：

其中：

二阶网络的频响函数可以进一步化解成：

在二阶系统中，为二阶系统的阻尼系数。

当时系统处于欠阻尼振荡，其单位冲击响应是一个振荡的过程。

当时系统处于过阻尼振荡，其单位冲击响应是一个衰减过程。

当时系统处于临界阻尼状态。

二阶网络在不同阻尼状态下的单位冲击响应与单位阶跃响应曲线如下图所示：

二阶系统的波特图如下图：

2.实验过程

1、二阶网络波特图的测量：

（1）首先用低频信号源产生一正弦信号，输出信号幅度为2Vpp。

加入到“二阶网络”模块的X输入端。

（2）用示波器测量二阶网络的输出信号Y（t）。

（3）然后不断增加信号源的输出频率（1KHz一个步进），并保持其输出幅度不变，测量相应频点二阶网络的输出信号，并记录下输出信号的幅度、输出信号与输入信号的相位差。

以频率与输出幅度（可换算成相对0点的相对电平值，其单位为dB）为变量画出一曲线，同时以将频率与输出输入信号相位差为变量画出一曲线。

这两条曲线即为二阶网络的波特图。

2、二阶网络单位阶跃响应测量：

通过信号选择键1、按1.3节设置JH5004信号产生模块使产生脉冲输出信号。

将从JH5004的信号发生器模块的脉冲信号输出端产生一单位阶跃信号，加入到“二阶网络”模块的X输入端。

用示波器测量二阶网络的单位阶跃响应。

3、用二次开发模块的元件，改变一阶网络的阻尼数，重复上述实验。

3.实验数据

（1）过阻尼时（即没有对试验箱中的模块进行修改时）

①用示波器测量二阶网络1khz输入与其输出

输入：

输出：

②用示波器测量二阶网络2khz输入与其输出

输入：

输出：

③用示波器测量二阶网络3khz输入与其输出

输入：

输出：

④用示波器测量二阶网络4khz输入与其输出

输入：

输出：

⑤用示波器测量二阶网络5khz输入与其输出

输入：

输出：

⑥单位阶跃信号及其产生的二阶网络单位阶跃响应

（2）欠阻尼时（将该电路串联一个感抗大的电感）

①用示波器测量二阶网络1khz输入与其输出

输入：

输出：

②用示波器测量二阶网络2khz输入与其输出

输入：

输出：

③用示波器测量二阶网络3khz输入与其输出

输入：

输出：

④用示波器测量二阶网络4khz输入与其输出

输入：

输出：

⑤用示波器测量二阶网络5khz输入与其输出

输入：

输出：

⑥单位阶跃信号及其产生的二阶网络单位阶跃响应

（3）阻尼系数为1时

①用示波器测量二阶网络1khz输入与其输出

输入：

输出：

②用示波器测量二阶网络2khz输入与其输出

输入：

输出：

③用示波器测量二阶网络3khz输入与其输出

输入：

输出：

④用示波器测量二阶网络4khz输入与其输出

输入：

输出：

⑤用示波器测量二阶网络5khz输入与其输出

输入：

输出：

⑥单位阶跃信号及其产生的二阶网络单位阶跃响应

4.实验结果分析及思考

（1）二阶网络波特图实测曲线与理论曲线的对比分析

图形基本一致，实验误差在误差范围内，所以本次实验的目的完成

（2）对二阶网络响应特进行控制的方法

系统的输入Xi（t）和输出X0（t）可等效为二阶测试系统。

当系统输入为单位阶跃时，相应的微分方程为：

二阶系统的传递函数为：

式子中：

，

对二阶系统来说，对系统输入阶跃信号，测得系统的响应信号。

取系统响应信号一个振荡周期的时间tb，可近似计算系统的固有频率：

去系统响应信号相邻两个振荡周期的过调量M和M1，可近似计算出系统的阻尼系数：

主持人：

参与人：

实验日期：