background image

 

AKADEMIA TECHNICZNO-HUMANISTYCZNA 

 

W BIELSKU-BIAŁEJ 

 

KATEDRA PODSTAW BUDOWY MASZYN

 

 

 

Instrukcje laboratoryjne 

Charakterystyki cz stotliwo

ciowe liniowych elementów automatyki 

3. Charakterystyki cz

stotliwo

ciowe liniowych elementów automatyki 

 
Cel 

wiczenia: 

 

 

Celem 

wiczenia  jest  zapoznanie  z  cz stotliwo ciowymi  metodami  opisu  własno ci 

dynamicznych elementów automatyki. 
 
Wst

 

Charakterystyki  cz stotliwo ciowe  sporz dza  si   dla  elementu  w  stanie  ustalonym 

dynamicznie, czyli wtedy gdy sygnał wej ciowy ma posta : 

( )

t

sin

A

t

u

u

ω

=

 

gdzie: 

A

u

- amplituda wej ciowego sygnału okresowo zmiennego; 

ω

 - cz sto  sygnału wej ciowego 

[

)

,

0

ω

Wtedy sygnał wyj ciowy ma posta : 

( )

(

)

ϕ

ω

+

=

t

sin

A

t

y

y

 

gdzie: 

A

y

- amplituda sygnału wyj ciowego; 

ϕ

 - przesuni cie fazowe sygnału wyj ciowego wzgl dem sygnału wej ciowego. 

 

 

Rys.3.1. Schemat stanowiska pomiarowego do zdejmowania charakterystyk cz stotliwo ciowych 

 W rejestratorze dwukanałowym (rys.3.6) na jedn  o  podaje si  sygnał wej ciowy a na drug  
o   sygnał  wyj ciowy  z  elementu  automatyki.  Dzi ki  takiemu  podł czeniu  na  rejestratorze 
uzyskamy  elips   (krzyw  Lissajous)  [1]. Z zarejestrowanego wykresu (rys. 3.2) odczytujemy 
y

1

, A

u

, A

y

 

background image

 

AKADEMIA TECHNICZNO-HUMANISTYCZNA 

 

W BIELSKU-BIAŁEJ 

 

KATEDRA PODSTAW BUDOWY MASZYN

 

 

 

Instrukcje laboratoryjne 

Charakterystyki cz stotliwo

ciowe liniowych elementów automatyki 

 

Rys.3.2. Krzywa Lissajous. 

 
Poniewa  równanie sygnału wyj ciowego: 

(

)

( )

( )

ϕ

ω

ϕ

ω

ϕ

ω

sin

cos

cos

sin

sin

t

A

t

A

t

A

y

y

y

y

+

=

+

=

 

gdzie: 

( )

u

A

u

t

=

ω

sin

 oraz 

( )

( )

t

t

ω

ω

2

sin

1

cos

=

 

zatem 

ϕ

ϕ

sin

1

cos

2

2

u

y

u

y

A

u

A

A

u

A

y

+

=

 

Dziel c powy sze równanie przez A

y

 i odpowiednio przekształcaj c uzyskuje si  równanie 

elipsy w postaci: 

ϕ

ϕ

2

2

2

2

2

sin

cos

2

=

+

y

y

u

u

A

y

A

A

uy

A

u

 

Dla 

0

=

u

odczytuje si  rz dn  y

1

 i oblicza si  warto  przesuni cia fazowego 

=

=

y

y

A

y

A

y

1

1

arcsin

sin

ϕ

ϕ

 

Moduł transmitancji widmowej 

( )

u

y

A

A

A

=

ω

 

Na  tej  podstawie  mo na  wyznaczy   wykresy  Bodego    (charakterystyk   amplitudowo  – 
cz stotliwo ciow  

L(

ω

)

 we współrz dnych półlogarytmicznych i fazowo – cz stotliwo ciow  

ϕ

(

ω

rys.3.3)  oraz  wykres  charakterystyki  logarytmicznej  amplitudowo  –  fazowej  na 

płaszczy nie Black’a 

ϕ

(

ω

)

L(

ω

), 

rys.4

 
 
 

background image

 

AKADEMIA TECHNICZNO-HUMANISTYCZNA 

 

W BIELSKU-BIAŁEJ 

 

KATEDRA PODSTAW BUDOWY MASZYN

 

 

 

Instrukcje laboratoryjne 

Charakterystyki cz stotliwo

ciowe liniowych elementów automatyki 

 

Rys.3.3. Współrz dne wykresów Bodego 

 

Rys.3.4. Płaszczyzna Black’a. 

 

Przebieg 

wiczenia: 

• 

zbudowa  czwórnik elektryczny wskazany przez prowadz cego (tab.1.1); 

• 

poł czy  układ pomiarowy jak na rys.3.1; 

• 

ustawi  amplitud  wej ciowego sygnału  sinusoidalnego 

A

u

=1[V]; 

• 

ustawi  zakresy pomiarowe rejestratora (rys.3.6) X=Y = 100[mV/cm] dla sygnału 

u(t)

 

y(t)

• 

zarejestrowa   krzywe  Lissajous  dla  cz stotliwo ci  wymuszenia 

f

  (0,01;  0,02;  0,05; 

0,1; 0,2; 0,5; 1; 2; 5; 10 [Hz]); 

• 

cz sto  kołow  

ω

 wyznacza si  z zale no ci: 

f

π

ω

2

=

 

• 

z uzyskanych wykresów odczyta  

y

1

, A

u

, A

y

,

 wyniki zestawi  w tabeli 3.1. 

 

Tab. 3.1. 

f

[Hz] 

ω

[s

-1

y

1

[V] 

A

u

[V] 

A

y

[V] 

( )

=

y

A

y

1

arcsin

ω

ϕ

 

( )

u

y

A

A

A

=

ω

 

( )

( )

ω

ω

A

L

lg

20

=

 

0,001 

 

 

 

 

 

 

 

0,01 

 

 

 

 

 

 

 

0,02 

 

 

 

 

 

 

 

0,05 

 

 

 

 

 

 

 

0,1 

 

 

 

 

 

 

 

0,2 

 

 

 

 

 

 

 

0,5 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10 

 

 

 

 

 

 

 

background image

 

AKADEMIA TECHNICZNO-HUMANISTYCZNA 

 

W BIELSKU-BIAŁEJ 

 

KATEDRA PODSTAW BUDOWY MASZYN

 

 

 

Instrukcje laboratoryjne 

Charakterystyki cz stotliwo

ciowe liniowych elementów automatyki 

 
Przykład. 
Uzyskane  charakterystyki  cz stotliwo ciowe  dla  czwórnika    5.3  z  tab.  1.1  przedstawiono  na 
rys. 3.5. 
 
a) 

 

b) 

 

c) 

 

Rys. 3.5. Charakterystyki cz stotliwo ciowe. a ) amplitudowo-cz stotliwo ciowa, b) fazowo-cz stotliwo ciowa, 

c)amplitudowo-fazowa 

 

 

 

background image

 

AKADEMIA TECHNICZNO-HUMANISTYCZNA 

 

W BIELSKU-BIAŁEJ 

 

KATEDRA PODSTAW BUDOWY MASZYN

 

 

 

Instrukcje laboratoryjne 

Charakterystyki cz stotliwo

ciowe liniowych elementów automatyki 

Rys.3.6. Rejestrator dwukanałowy. 

 
 

Rys.3.7. Generator dwukanałowy. 

Uwagi o sprawozdaniu 

 

• 

wykona  charakterystyki amplitudowo – cz stotliwo ciow  i fazowo -
 cz stotliwo ciow  we współrz dnych półlogarytmicznych (wykresy Bodego); 

• 

wykona  charakterystyk  amplitudowo – fazow  na płaszczy nie Black’a; 

porówna  otrzymane na podstawie do wiadczenia charakterystyki z modelowymi. 
Literatura 

 
[1].  Dinsdale J., Kłosi ski J.: Podstawy automatyki z elementami mechatroniki. Politechnika Łódzka Filia 

w Bielsku-Białej, Bielsko-Biała 1998 

 

Zero 

V/cm 

 
 
 

s/cm 

 

Zero 

V/cm 

 
 
 
 

Start 

VCO 
 
 

 

VCO  
         IN 

×

1000 

×

100 

×

10 

×

×

0.1 

×

0.01 

×

0.001 

VERNER 

FERENQUENCY            RANGE 

FUNCTION 
GENERATOR 

POWER 

FUNCTION    AMPLITUDE 

10 V

1 V

0.1 V

0.01 V

OUT                   CAL 

CHANEL  A 

FUNCTION    AMPLITUDE 

10 V

1 V

0.1 V

0.01 V

OUT                   CAL 

CHANEL  B 

background image

 

AKADEMIA TECHNICZNO-HUMANISTYCZNA 

 

W BIELSKU-BIAŁEJ 

 

KATEDRA PODSTAW BUDOWY MASZYN

 

 

 

Instrukcje laboratoryjne 

Charakterystyki cz stotliwo

ciowe liniowych elementów automatyki 

Tab.1.1. Schematy badanych elementów liniowych 

Nr 

SCHEMAT UKŁADU 

WARTO

 PARAMETRÓW 

1.   

 
1. 

R

1

= 1 k

            

C=

2200 

µ

2. 

R

1

= 2,5 k

         

C=

1470 

µ

3. 

R

1

= 5 k

            

C=

1000 

µ

4. 

R

1

= 10 k

          

C=

470 

µ

2.   

 
1. 

R

1

= 1 k

            

C=

2200

µ

2. 

R

1

= 2,5 k

         

C=

2200 

µ

3. 

R

1

= 5 k

            

C=

1000 

µ

4. 

R

1

= 10 k

          

C=

1000 

µ

3.   

 
1. 

R

1

=

 

10 k

   

R

2

= 10 k

   

C=

1000 

µ

2. 

R

1

= 10 k

   

R

2

= 4 k

      

C=

2200 

µ

3. 

R

1

= 4 k

     

R

2

= 10 k

    

C=

2200 

µ

4. 

R

1

= 4 k

     

R

2

= 1 k

      

C=

 4400

µ

5.   

 
1. 

R

1

=

 

10 k

   

R

2

= 10 k

   

C=

1000 

µ

2. 

R

1

= 10 k

   

R

2

= 4 k

     

C=

2200 

µ

3. 

R

1

= 4 k

   

R

2

= 10 k

     

C=

2200 

µ

4. 

R

1

= 4 k

   

R

2

= 10 k

     

C=

1000 

µ

6.   

 
1. 

R

1

= 1 k

   

R

2

= 10 k

      

C=

2200 

µ

2. 

R

1

= 1 k

   

R

2

= 20 k

      

C=

2200 

µ

3. 

R

1

= 5 k

   

R

2

= 100 k

    

C=

2200 

µ

7.   

 

1. 

R

1

=

 

              

C=

4400 

µ

2. 

R

1

= 10 

                    - || - 

3. 

R

1

= 30 

                    - || - 

4. 

R

1

= 50 

                    - || - 

5. 

R

1

= 100 

                  - || - 

8.   

 

1.  

R

1

=

 R

2

= 10 k

   

C

1

= C

2

=

1000 

µ

2.  

R

1

= 1 k

   

R

2

= 10 k

   

C

1

= C

2

=

2200 

µ

3.  

R

1

=

 R

2

= 10 k

   

C

1

=

470 

µ

F  

C

1

=

2200 

µ

 

 

    R

C

 U 

 Y 

    

R

1

 U 

 Y 

    R

R

 U 

 Y 

    R

R

 U 

 Y 

     R

1

  

C

R

2

  

 U 

 Y 

R

1

    L 

C

 U 

 Y 

     R

1

  

C

1

R

2

  

C

2

 

 U 

 Y