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自动控制理论第五章频率分析法1.ppt

发布:2017-05-18约3.31千字共89页下载文档
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第五章 频域法 目的 掌握利用频率特性分析系统的方法 §5.1 频率特性 振荡环节G(jω)曲线 振荡环节再分析 绘制对数幅频特性曲线的步骤: 1. 将开环传递函数化为各典型环节传递函数相乘的形式,并将分子分母中各因式常数项系数化为1。转化为开环对数幅频特性; 2.确定出系统开环增益K,并计算 。 3.确定各有关环节的转折频率,并把有关的转折频率标注在半对数坐标的横轴上。 4.在半对数坐标上确定?=1(1/s)且纵坐标等于20lgK dB的点A。过A点做一直线,使其斜率等于-20νdB/dec。当ν=0, ν=1, ν=2时,斜率分别是(0,-20,-40)dB/dec。 20lg K 近似对数幅频特性: 当 时, ,略去 则得 扩展为只要 ,则L(?)=0。 当 时, , ,略去1,得 扩展为只要 ,就以 近似地代替之。 在转折频率 处,近似精度最低。其最大误差为 定义 为转折频率,也是特征点。 其幅频特征值为: 。 对数幅频特征值为: 。 特征点: 惯性环节的伯德图 5. 一阶微分环节 传函 频率特性 幅频 相频 1 6. 二阶振荡环节 传函 频率特性 幅频 相频 (Nyquist曲线) 0 j 1 0dB L(ω)dB ω 20lgk ωn ωr [-40] 友情提醒:φ (ωn)= - 90o 2 n n 2 2 n S 2 S k (s) G w + w + w = ω = r (0< <0.707) 0< <0.5 = 0.5 0.5< <1 振荡环节的幅频特性为 其中 : 当出现揩振峰值时, 有最大值,即 有最小值。 得到 式中 将 代入 ,不难求得 ,因此,在 处 具有最小值,亦即 此刻具有最大值。将 代入幅频特性 中,得谐振峰为 谐振频率ωr及谐振峰值Mr都与ζ有关。ζ越小, ωr越接近ωn, Mr将越大。当?0.707时,?r为虚数,说明不存在谐振峰值,幅频特性单调衰减。当?=0.707时,?r=0,Mr=1。?0.707时,?r0,Mr1。? ?0时,?r ??n,Mr?∞。谐振时,G(jω)的相角为 对数幅频特性 对数相频特性 低频段,即ωT1时 ——低频渐近线为一条0dB的水平直线。 即高频渐近线是一条斜率为-40dB/dec的直线。当 高频段,即ωT1时 当ω增加10倍 说明 为二阶系统(振荡环节)的转折频率。 可见:当频率接近 时,将产生谐振峰值。阻尼比的大小决定了谐振峰值的幅值。 相角 是ω和ζ的函数。ω=0, ; 当 时,不管ζ值的大小, ;当ω=∞时, 。相频曲线对-90°的弯曲点是斜对称的。 7. 二阶微分环节 传函 频率特性 幅频 相频 8. 延迟环节 传函 频率特性 幅频 相频 1. 零阶因子可以传输任何频率信号而不失真(比例); 2. 微分因子具有相位超前特性, 增大时幅值 增大,具有高通特性; 3. 积分因子具有相位滞后特性, 增大时幅值 减小,具有低通特性; 4. 一阶因子相位变化 ;n阶因子相位变化n个 ; 典型环节频率特性总结: §5.3 系统开环频率特性作图 1. 开环对数频率特性绘图 开环传函 开环频率特性 典型环节分解 开环频率特性 开环对数幅频特性 开环对数相频特性 叠加作图 系统开环对数幅频特性为各典型环节对数幅频特性叠加 系统开环对数相频特性为各典型环节对数相频特性叠加 例:已知系统开环传函为 试绘制其开环伯德图 解: 一阶微分 一阶惯性 积分环节 比例 比例环节 一阶微分 积分 一阶惯性 一阶惯性 比例环节 一阶微分 积分环节 一阶惯性 转折渐进作图 * 系统分析方法对比: 时域法:只能分析低阶系统,高阶系统分析困难; 根轨迹法:图解方法,可通过开环分析系统闭环特性,既可以分析高阶系统也可以分析低阶系统; 频率法:图解方法,可通过开环分析系统闭环特性,既可以分析高阶系统也可以分析低阶系统;有明确的物理意义;可以推广应用于某
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