控制工程基础第五章-1讲解.ppt

第五章 控制系统的频域分析 理想微分环节 传递函数： 频率特性： 实频特性： 虚频特性： 幅频特性： 相频特性： ?(?) = 90° 理想微分环节的Nyquist图 0 Re Im ? =0 ? =? ? College of mechanical electronic engineering §5－2 频率特性图形表示法 振荡环节 传递函数： 频率特性： College of mechanical electronic engineering §5－2 频率特性图形表示法 幅频特性： 相频特性： College of mechanical electronic engineering §5－2 频率特性图形表示法 实频特性： 虚频特性： College of mechanical electronic engineering §5－2 频率特性图形表示法 振荡环节的Nyquist图 ? = 0时 ? = ?n时 ? = ?时 College of mechanical electronic engineering §5－2 频率特性图形表示法 Nyquist Diagram ? =0 ? =? ?=0.1 ?=0.2 ?=0.5 ?=1 ?=0.7 Re Im -3 -2 -1 0 1 2 3 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 ?=0.3 ? ? =?n College of mechanical electronic engineering §5－2 频率特性图形表示法 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 0 1 2 3 4 ? = 0.05 ? = 0.15 ? = 0.20 ? = 0.25 ? = 0.30 ? = 0.40 ? = 0.50 ? = 0.707 ? = 1.00 ?/?n A(?) 谐振现象(resonance) College of mechanical electronic engineering §5－2 频率特性图形表示法 由振荡环节的幅频特性曲线可见，当? 较小时，在? = ?n附近，A(?)出现峰值，即发生谐振。谐振峰值 Mr 对应的频率?r 称为谐振频率。 由于： College of mechanical electronic engineering §5－2 频率特性图形表示法 Company LOGO §5-2频率特性图形表示法 §5-3闭环频率特性 §5-1频率特性的基本概念 §5-4时域指标与频域指标的关系 §5-5几何稳定判据 §5-6相对稳定性 时域分析的缺陷 高阶系统的分析难以进行； 难以研究系统参数和结构变化对系统性 能的影响； 当系统某些元件的传递函数难以列写时， 整个系统的分析工作将无法进行。 College of mechanical electronic engineering 时域分析只能反映信号的幅值随时间的变化情况，很难明确揭示不同频率的正弦信号输入时，其稳态输出随频率而变化的特性。 §5－1 频率特性的基本概念 频域分析的目的 频域分析：以输入信号的频率为变量，在频率域，研究系统的结构参数与性能的关系。 无需求解微分方程，图解(频率特性图)法 间接揭示系统性能并指明改进性能的方向； 易于实验分析； 优点： 可方便设计出能有效抑制噪声的系统。 College of mechanical electronic engineering §5－1 频率特性的基本概念 频域分析举例 College of mechanical electronic engineering §5－1 频率特性的基本概念 方波信号的时域和频域的描述 College of mechanical electronic engineering §5－1 频率特性的基本概念 时域 频域 波形合成　 College of mechanical electronic engineering §5－1 频率特性的基本概念 信号频谱X(f )描述信号在不同频率分量成分上的大小和相位关系，能够提供比时域信号波形更直观、丰富的信息。 时域分析与频域分析的关系 时间 幅值 频率 时域分析 频域分析 College of mechanical electronic engineering §5－1 频率特性的基本概念 频谱分析主要用于识别信号中的周期分量，是信号分析中最常用的一种手段。 案例：在齿轮箱故障诊断 通过齿轮箱振动信号频谱分析，确定最大频率分量