第五章控制系统的频率法分析1.ppt

第五章 控制系统的频率法分析;频率特性的基本概念 频率特性的对数坐标图 频率特性的极坐标图 奈魁斯特稳定判据 稳定裕度 闭环系统的性能分析;第一节 频率特性的基本概念; 考察一个系统的好坏，通常用阶跃输入下系统的阶跃响应来分析系统的动态性能和稳态性能。 有时也用正弦波输入时系统的响应来分析，但这种响应并不是单看某一个频率正弦波输入时的瞬态响应，而是考察频率由低到高无数个正弦波输入下所对应的每个输出的稳态响应。因此，这种响应也叫频率响应。 频率响应尽管不如阶跃响应那样直观，但同样间接地表示了系统的特性。频率响应法是分析和设计系统的一个既方便又有效的工具。;一、频率特性的定义：;拉氏反变换为：;而;定义稳态响应与正弦输入信号的相位差 为系统的相频特性，它描述系统的稳态响应对不同频率输入信号的相位移特性； ;由于这种简单关系的存在，频率响应法和利用传递函数的时域法在数学上是等价的。;[结论]：当传递函数中的复变量s用 代替时，传递函数就转变为频率特性。反之亦然。; 从另一方面，若线性系统在正弦信号输入作用下，在稳态情况下，输入输出都是正弦函数，可用矢量表示：;[例子]：设传递函数为：; 频率响应法的优点之一在于它可以通过实验量测来获得，而不必推导系统的传递函数。 事实上，当传递函数的解析式难以用推导方法求得时，常用的方法是利用对该系统频率特性测试曲线的拟合来得出传递函数模型。 此外，在验证推导出的传递函数的正确性时，也往往用它所对应的频率特性同测试结果相比较来判断。 频率响应法的优点之二在于它可以用图来表示，这在控制系统的分析和设计中有非常重要的作用。; 频率特性的推导是在线性定常系统是稳定的假设条件下得出的。如果不稳定，则动态过程c(t)最终不可能趋于稳态响应cs(t)，当然也就无法由实际系统直接观察到这种稳态响应。但从理论上动态过程的稳态分量总是可以分离出来的，而且其规律性并不依赖于系统的稳定性。因此可以扩展频率特性的概念，将频率特性定义为：在正弦输入下，线性定常系统输出的稳态分量与输入的复数比。所以对于不稳定的系统，尽管无法用实验方法量测到其频率特性，但根据式 由传递函数还是可以得到其频率特性。;工程上常用图形来表示频率特性，常用的有： 1．极坐标图，也称奈奎斯特(Nyquist)图。是以开环频率特性的实部 为直角坐标横坐标，以其虚部 为纵坐标，以 为参变量的幅值与相位的图解表示法。 2．对数坐标图，也称伯德(Bode)图。它是由两张图组成，以 为横坐标，对数分度，分别以 和 作纵坐标的一种图示法。 3．对数幅相频率特性图，也称尼柯尔斯(Nichols)图。它是以相位 为横坐标，以 为纵坐标，以 为参变量的一种图示法。;小结