第14章 控制系统的频域与校正答辩ppt课件.ppt

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1、MATLAB与控制系统仿真第14章控制系统的频域分析与校正主要内容14.1　控制系统的频域分析14.1.1　频率特性概述14.1.2　频率特性的不同表示方法14.1.3　MATLAB频域分析的相关函数14.1.4　MATLAB频域分析实例14.2　基于频域法的控制系统稳定性分析14.2.1　频域法稳定性判定和稳定裕度概述主要内容(续)14.2.2　基于频域法的控制系统稳定判定相关MATLAB函数14.2.3　MATLAB频域法稳定性判定实例14.3　控制系统的频域法校正14.3.1频域法超前校正及实例14.3.2频域法滞后校正及实例14.3.3　频域法超前滞后校正

2、及实例本章小结频率特性定义频率特性频率特性和传递函数的关系：频率特性曲线有三种表示形式，即：对数坐标图极坐标图对数幅相图Nyquist稳定判据如果开环模型含有m个不稳定极点，则单位负反馈下单变量闭环系统稳定的充要条件是开环系统的Nyquist图逆时针围绕(-1,j0)点m周。稳定裕度系统的相对稳定性包括相角稳定裕度和幅值稳定裕度。稳定裕度（续）闭环系统频率特性频域法校正方法频域法校正方法主要有超前校正、滞后校正和滞后-超前校正等。利用超前校正装置校正的基本原理即是利用其相位超前的特性，以补偿原来系统中元件造成的过大的相位滞后。频域法校正方法采用无源滞后网络进行串联校

3、正时，主要是利用其高频幅值衰减特性，以降低系统的开环幅值穿越频率，提高系统的相位裕度。滞后－超前的基本原理是利用其超前部分增大系统的相位裕度，同时利用其滞后部分来改善系统的稳态性能。14.1　控制系统的频域分析14.1.1　频率特性及其表示频域法是一种工程上广为采用的分析和综合系统的间接方法。它是一种图解分析法，所依据的是频率特性数学模型，对系统性能如稳定性、快速性和准确性进行分析。频域法因弥补了时域法的不足、使用方便、适用范围广且数学模型容易获得而得到了广泛的应用。频率特性曲线表示频率特性曲线有三种表示形式，即：对数坐标图极坐标图对数幅相图对数坐标图极坐标图极坐标

4、图对数幅相图14.1.2　MATLAB频域分析的相关函数14.1.2　MATLAB频域分析的相关函数14.1.2　MATLAB频域分析的相关函数14.1.2　MATLAB频域分析的相关函数注：上述函数的帮助文档导读14.1.3　MATLAB频域分析实例注：演示例1系统的开环传递函数为绘制系统的Bode图。14.1.3　MATLAB频域分析实例注：演示例2系统的开环传递函数为绘制系统的Bode图。14.1.3　MATLAB频域分析实例注：演示例3系统的开环传递函数为绘制K取不同值时系统的Bode图。14.1.3　MATLAB频域分析实例注：演示例4单位负反馈系

5、统的开环传递函数为绘制系统Nyquist曲线。14.1.3　MATLAB频域分析实例注：演示例5对于传递函数观察增加在原点处的极点后，极坐标图的变化趋势。14.1.3　MATLAB频域分析实例注：演示例6系统的开环传递函数为绘制系统的Nichols曲线。14.2　基于频域法的控制系统稳定性能分析14.2.1　频域法的稳定性判定和稳定裕度概述Nyquist稳定判据频域响应的分析方法最早应用就是利用开环系统的Nyquist图来判定闭环系统的稳定性，其理论基础是Nyquist稳定性定理。内容是：如果开环模型含有m个不稳定极点，则单位负反馈下单变量闭环系统稳定的充要条件是开

6、环系统的Nyquist图逆时针围绕(-1,j0)点m周。14.2.1　频域法的稳定性判定和稳定裕度概述关于Nyquist定理的进一步解释：若系统的开环模型为稳定的，则当且仅当的Nyquist图不包围(-1,j0)点，闭环系统是稳定的。如果Nyquist图顺时针包围(-1,j0)点p次，则闭环系统有p个不稳定极点。若系统的开环模型不稳定，且有p个不稳定极点，则当且仅当的Nyquist图逆时针包围(-1,j0)点p次，闭环系统是稳定的。若Nyquist图逆时针包围(-1,j0)点q次，则闭环系统有q－p个不稳定极点。14.2.1　频域法的稳定性判定和稳定裕度概述14.2

7、.1　频域法的稳定性判定和稳定裕度概述系统相对稳定性的判定系统的稳定性固然重要，但它不是唯一刻画系统性能的准则，因为有的系统即使稳定，其动态性能表现为很强的振荡，也是没有用途的。因为这样的系统如果出现小的变化就可能使系统不稳定。此时还应该考虑对频率响应裕度的定量分析，使系统具有一定的稳定裕度。14.2.1　频域法的稳定性判定和稳定裕度概述14.2.1　频域法的稳定性判定和稳定裕度概述14.2.1　频域法的稳定性判定和稳定裕度概述14.2.2　基于频域法的控制系统稳定判定相关MATLAB函数除上节给出的函数可用于绘制频率响应图形并用于判定系统稳定性之外，MATLA