控制系统的频域分析课件.ppt

《控制系统的频域分析课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、2021/9/2北京科技大学信息工程学院15.1频率特性的概念5.2典型环节Bode图的绘制5.3最小相位系统的Bode图绘制5.4最小相位系统的Bode图的应用5.5本章小结第五章线性系统的频域分析2021/9/2北京科技大学信息工程学院2本章重点频率特性基本概念典型环节的对数频率特性系统频率特性的Bode图形表示方法最小相位系统由系统的开环频率特性分析系统的稳定性系统的稳定裕量2021/9/2北京科技大学信息工程学院3频率特性法是经典控制理论中对系统进行分析与综合的又一重要方法。与时域分析法和根轨迹法不同，频率特性法是根据系统对正弦信号的稳态

2、响应，即系统的频率特性来分析系统的频域性能指标。频域性能指标与时域性能指标之间着内在的联系。应用时域分析法和根轨迹法分析系统时，应先通过某种方法获得系统的开环传递函数。频率特性法可以根据系统的开环传递函数采用解析的方法得到系统的频率特性，也可以用实验的的方法测出稳定系统或元件的频率特性。5.1频率特性的概念2021/9/2北京科技大学信息工程学院4反映系统对正弦输入信号的稳态响应的性能。讨论线性定常系统（包括开环、闭环系统）在正弦输入信号作用下的稳态输出。系统或对象5.1频率特性的概念为系统的幅频特性,它反映系统在不同频率正弦信号作用下,输出稳态

3、幅值与输入稳态幅值的比值。称１．频率特性的定义为系统的相频特性,它反映系统在不同频率正弦信号作用下，输出信号相对输入信号的相移。称2021/9/2北京科技大学信息工程学院5频率特性的数学描述形式为：是系统的幅频特性。其中：是系统的相频特性。5.1频率特性的概念频率特性是系统（或元件）对不同频率正弦输入信号的响应特性。输出的振幅和相位一般均不同于输入量，且随着输入信号频率的变化而变化。2021/9/2北京科技大学信息工程学院6在系统的输入端输入一正弦信号，测出不同频率时系统稳态输出的振幅uo和相移，便可得到它的幅频特性和相频特性。获取系统频率特性的

4、途径:频率特性是特定情况下的传递函数。它和传递函数一样，反映了系统的内在联系。一、解析法二、实验法5.1频率特性的概念三、定义法对已知系统的微分方程，把正弦输入函数代入，求出其稳态解，取输出稳态分量与输入正弦量的复数比即可得到。2021/9/2北京科技大学信息工程学院7频率特性的表示方法:（一）解析表示（二）图示（几何）表示1、极坐标图——Nyquist图（又叫幅相频率特性、或奈奎斯特图，简称奈氏图）2、对数坐标图——Bode图（伯德图）3、复合坐标图——Nichocls图（尼柯尔斯图，或尼氏图），一般用于闭环系统频率特性分析。5.1频率特性的概

5、念2021/9/2北京科技大学信息工程学院8H.W.Bode（1905-1982）美国Bell实验室著名科学家，他的工作为数据传输、通信工程，火炮控制及经典控制中的反馈系统稳定性分析奠定了基础，他于1969获得IEEEMedalofHonor。5.2典型环节频率特性的绘制2021/9/2北京科技大学信息工程学院91.定义：伯德（Bode）图又叫对数频率特性曲线，它是将幅频特性和相频特性分别绘制在两个不同的坐标平面上，前者叫对数幅频特性，后者叫对数相频特性，统称为对数频率特性。两个坐标平面横轴（ω轴）用对数分度。一、(半)对数坐标图(Bode图)5

6、.2典型环节频率特性的绘制2021/9/2北京科技大学信息工程学院10对数相频特性的纵轴是线性分度：对数幅频特性的纵轴按下式线性分度:半对数坐标系。5.2典型环节频率特性的绘制2021/9/2北京科技大学信息工程学院11用伯德图分析系统有如下优点：（1）将幅频特性和相频特性分别作图，使系统或环节的幅值和相角与频率之间的关系更加清晰；（2）幅值用分贝数表示，可将串联环节的幅值相乘变为相加运算，简化计算；（3）用渐近线表示幅频特性，使作图更为简单方便；（4）横轴（ω轴）用对数分度，扩展了低频段，同时也兼顾了中、高频段，有利于系统的分析与综合。5.2典

7、型环节频率特性的绘制2021/9/2北京科技大学信息工程学院12一、典型环节的Bode图绘制1.放大环节（比例环节）幅频特性是放大环节的频率特性为：对数幅频特性为放大环节的相频特性是K>1，20lgK>0,横轴上方；K=1，20lgK=0,与横轴重合;K<1，20lgK<0,横轴下方。5.2典型环节频率特性的绘制2021/9/2北京科技大学信息工程学院132.积分环节积分环节的频率特性是幅频特性为对数幅频特性是相频特性是5.2典型环节频率特性的绘制2021/9/2北京科技大学信息工程学院14当时,当时,当时,积分环节的对数幅频特性是一条在ω=1（

8、弧度/秒）处穿过零分贝线（ω轴），且以每增加十倍频降低20分贝的速度（-20dB/dec.）变化的直线。积分环节的相频特性是一条值为-9