控制系统性能的频率响应分析.ppt

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1、第5节：控制系统性能的频率响应分析利用频率响应法分析系统特性应清楚以下四个关系闭环系统动态特性与闭环频率响应之间的关系闭环频率响应与开环频率响应之间的关系闭环系统动态特性与开环频率响应之间的关系闭环系统稳态特性与开环频率响应之间的关系闭环系统动态特性与闭环频率响应之间的关系R(s)C(s)阻尼比与闭环频率响应的关系闭环频率特性的幅频特性:闭环频域指标:闭环系统动态特性与闭环频率响应之间的关系响应速度和闭环频率响应的关系响应速度和闭环频率响应的关系找出利用前式可得左图频带宽度与响应速度成正比:频带宽度大,响应速度快,可以使系统跟踪频率较快的输入信

2、号,但不利于抑制高频噪声.闭环频率响应与开环频率响应的关系等M圆和等N圆单位反馈系统其频率特性为令则有闭环频率响应与开环频率响应的关系等M圆和等N圆等M圆和等N圆是在开环频率特性的复平面上绘制的.将单位反馈系统的开环频率特性曲线分别重叠在等M圆和等N圆上,可得该系统的闭环幅频特性和相频特性.例5.9系统的奈奎斯特曲线和闭环频率特性闭环频率响应与开环频率响应的关系尼科斯图：将等M圆和等N圆绘制于对数幅相特性图例5.10闭环系统的动态特性与开环频率响应之间的关系由等M圆确定阻尼比利用开环频率响应和等M圆确定例5.9所示系统的阻尼比和超调量由相位裕量

3、确定阻尼比闭环系统的动态特性与开环频率响应之间的关系由开环频率响应确定闭环系统的响应速度例5.12闭环系统稳态特性与开环频率响应的关系位置误差系数0型系统：初值：而速度误差系数闭环系统稳态特性与开环频率响应的关系I型系统初值：直线方程：故：所以直线在频率轴上的交点为加速度误差系数闭环系统稳态特性与开环频率响应的关系II型系统初值直线方程直线在频率轴上的交点为第6节：控制系统的频率响应综合系统时域指标(稳定性,稳态特性,动态特性)频域描述系统特性Nyquist稳定判据增加低频段幅值,或衰减高频段幅值改善稳态特性重点:综合滞后,超前以及滞后-超前补

4、偿器.本节的设计思想可以推广到PI(滞后补偿器特例),PD(超前补偿器特例)和PID(滞后-超前补偿器特例)的综合方法中.第6节：控制系统的频率响应综合调整增益以满足系统动态性能要求第6节：控制系统的频率响应综合综合步骤：对某个方便的增益值绘制系统的伯德图；由超调量指标确定需要的相位裕量；在相频特性曲线上找出产生希望的相位裕量所对应的频率；改变幅频特性曲线的增益值，使幅频特性曲线在处为，增益的调整量是产生要求的相位裕量所需增加的增益值。第6节：控制系统的频率响应综合例5.13K=3.6的系统波德图:确定K,使第6节：控制系统的频率响应综合滞后补

5、偿器的综合滞后校正的形象说明第6节：控制系统的频率响应综合滞后补偿器的综合滞后补偿器的传递函数为：当滞后补偿器的波德图为：第6节：控制系统的频率响应综合滞后补偿器的综合步骤：设定增益，使该值满足稳态误差指标的要求，并绘制出在该值下的系统伯德图；在相频特性图上找出对应于希望的相位裕量的频率，该频率是综合后系统的幅穿频率，而希望的相位裕量是希望的动态特性所决定的相位裕量再增加的安全裕量；选择滞后补偿器以整形系统的幅频特性图；重新设置系统增益以补偿综合滞后补偿器所引起的任何衰减，使系统保持步骤（1）所确定的稳态误差。第6节：控制系统的频率响应综合例5

6、.14系统的Bode图第6节：控制系统的频率响应综合超前补偿器的综合超前校正的形象说明：第6节：控制系统的频率响应综合超前补偿器的综合超前补偿器的传递函数为：超前补偿器的Bode图：超前补偿器的综合由知故所以超前补偿器的综合和有及所以超前补偿器的综合所以及小结：第6节：控制系统的频率响应综合超前补偿器的综合步骤：根据所要求的调整时间、峰值时间或上升时间确定闭环系统的频带宽度；设置未综合系统的增益，使之满足稳态误差的要求；绘制该增益值下系统的Bode图，并确定未综合系统的相位裕量；确定为满足阻尼比或超调量所要求的系统相位裕量，然后估算由补偿器所应

7、提供的相位值；从该相位值确定参数确定补偿器在相位峰值处的幅值；第6节：控制系统的频率响应综合超前补偿器的综合步骤(续)在未综合系统的幅频特性曲线上找出补偿器幅值的负值处，确定对应的频率为综合后系统的幅穿频率；计算补偿器的参数及高端转折频率；重新设置系统增益以补偿超前补偿器的增益衰减；校验系统频带宽度以保证系统的响应速度；计算机仿真一校验系统是否满足所有要求；若不满足要求，则重新综合。第6节：控制系统的频率响应综合例5.15系统要求:K=1440时未综合系统的Bode图第6节：控制系统的频率响应综合超前——滞后补偿器的综合超前——滞后补偿器的传递

8、函数超前——滞后补偿器的Bode图第6节：控制系统的频率响应综合超前——滞后补偿器的综合步骤：根据所要求的调整时间、峰值时间或上升时间确定闭环系统的频