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第5章控制系统的频域.ppt

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第5章 控制系统的频域分析 绘制系统开环对数幅频特性的步骤: 1. 将开环传递函数变为时间常数形式,即 2. 按照ω=1/T求各环节的转折频率,并标在Bode图的ω轴上。 3. 过ω=1,L(ω)=20lgK点作一条斜率为-20×υ dB/dec的直线,直到第一个转折频率,或者过 ,L(ω)=0点作一条斜率为-20×υ dB/dec的直线,直到第一个转折频率,以上直线作为对数幅频特性的低频段。 第5章 控制系统的频域分析 4. L(ω)的低频段向高频段延伸,每经过一个转折频率,按环节性质改变一次渐近线的斜率。 5. 在各转折频率附近利用误差曲线进行修正,得精确曲线。 系统的对数相频特性可以由各环节相频特性叠加的方法绘制。 第5章 控制系统的频域分析 例5-3 系统开环传递函数为 试绘制系统的对数幅频特性。 解 系统的开环频率特性 系统由5个典型环节组成: 转折频率 ;且 时L(ω)=20lgK=20dB 或 L(ω)=0作对数幅频特性渐近线。 过ω=1,L(ω)=20dB或ω=10,L(ω)=0dB作一条斜率为-20dB/dec直线作为低频段直线; 第5章 控制系统的频域分析 过第一个转折频率 后,特性斜率按环节性质变化,对数幅频特性渐近线,如图5-20所示。 在各转折频率附近按误差曲线加以修正,得对数幅频特性的精确曲线,如图5-20虚线所示。 图5-20 例5-3对数频率特性 ? 第5章 控制系统的频域分析 在s右半平面上既无极点,又无零点的传递函数,称为最小相位传递函数;否则,为非最小相位传递函数,具有最小相位传递函数的系统,称为最小相位系统。当控制系统中包含有纯滞后环节或存在不稳定的小回环时,都是非最小相位系统。 设有两个系统(a)和(b),其传递函数 5.3.2 最小相位和非最小相位系统 第5章 控制系统的频域分析 零、极点分布如图5-24所示。 两系统的频率特性分别为 图5-24 (a)和(b)系统零极点分布图 第5章 控制系统的频域分析 对数频率特性分别为 (a)和(b)系统的对数幅频特性相同,而相频特性不同,且 。如图5-25所示。 第5章 控制系统的频域分析 图5-25 (a)和(b)系统对数频率特性 第5章 控制系统的频域分析 ? 表5-1 最小相位系统幅频、相频对应关系 环 节 幅 频 相 频 -20dB/dec→ -20dB/dec→ 0dB/dec→ -20dB/dec→ 0dB/dec→ -40dB/dec→ 0dB/dec→ 20dB/dec→ …… …… …… 0dB/dec→ n·(-20)dB/dec→ 0dB/dec→ m·(+20)dB/dec→ 第5章 控制系统的频域分析 ? 根据最小相位系统的特点,即系统的对数幅频特性和对数 相频特性有相同的变化趋势,我们可以根据系统的对数幅频特 性曲线确定最小相位系统的开环传递函数。步骤: (1)确定系统开环传递函数中积分或微分环节的个数v和比例 值K。对数幅频特性低频段斜率为-20vdB/dec,低频段或其延长 线在ω=1时,对应的对数幅值L(ω)=20lgK;或 时, L(ω)=0。 (2)确定系统传递函数的结构形式。从低频到高频对数幅频特 性渐近线的斜率变化和转折频率的大小为所含环节的类型和参数 (斜率变化-20dB/dec,对应惯性环节;斜率变化-40dB/dec,对 应重惯性环节,或二阶振荡环节;斜率变化20dB/dec,对应比例 微分环节;斜率变化40dB/dec,对应重比例微分环节或二阶比例 微分环节。转折频率ω的倒数即为时间常数。) (3)由给定条件确定传递函数的参数。 第5章 控制系统的频域分析 设反馈控制系统如图5-21所示,其开环传递函数为: G(s)H(s) 开环频率特性为: G(jω)H(jω) 在绘制开环极坐标曲线时,可将G(jω)H(jω) 写成实频和虚频形式 G(jω)H(jω) = p(ω) + jθ(ω) 图5-21 反馈控制系统 5.3.3 系统开环极坐标图(乃氏图) 第5章 控制系统的频域分析 或写成极坐标形式 给出不同的ω,计算相应的p(ω)、θ(ω)或A(ω)和 ,即可得出极坐标图中相应的点,当ω由0
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