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文件名称:自动控制原理课件:频率响应法.pptx
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总页数:86 页
更新时间:2025-05-19
总字数:约2.64千字
文档摘要

频率响应法;5.1频率特性的基本概念;3;其稳态分量为:;设:;频率特性的物理意义:

反映了系统(环节)对于正弦输入信号幅值和相位的改变情况。

对幅值的改变,变现为放大器的特性;对于相位的改变表现为移相器的特性。;;频率特性的表示形式;极坐标图(幅相频率特性图或奈奎斯特图,简称奈氏图);图5.2乃氏曲线的特点;对数坐标图---Bode图;ω1ω2;L(ω)/dB

φ(ω);§5.2典型环节的频率特性;Bode图的绘制——“两段一点法”;二、典型环节(8个)的频率特性;图5.6比例环节的Bode图;2.积分环节;图5.8积分、微分环节Bode图;3.纯微分环节;4.惯性环节;(2)Bode图;低频段:ω→0;低频渐近线;5.一阶微分环节;;;6.振荡环节;起点:(1,0°),终点:(0,-180°);低频段:ω→0;谐振点:

L(ωr)=-20lgA(ωr)=-20lgMr=;7.二阶微分环节;8.延迟环节;(2)Bode图;;(1)无转折的环节:(比例、积分和纯微分)

对数幅频特性是高度为20lgKdB的水平线、过(1,0)点斜率为-20dB/dec和+20dB/dec的直线;对数相频特性为0°、-90°和+90°水平线。

(2)有转折的环节(惯性、比例微分、振荡):

对数幅频低频段均为0dB水平线,高频段斜率分别为:-20、+20、-40dB/dec;对数相频特性低频段是0°水平线,高频段是相位分别为-90°、+90°、-180°的水平线;转折点的频率为1/T。

系统阶次每增加一次,其对数幅频特性高频段斜率增加-20dB/dec;对数相频特性高频段相位增加-90°。;37;;特点:开环频率特性的低频段决定于比例环节K和积分环节个数ν。开环频率特性的高频段决定于比例环节K、各有限环节的时间常数(T、τ)和开环极点数n、开环零点数m。;5.3.2开环乃氏图的绘制——三点法;n=m,乃氏图终止于正实轴上的(K′,0°)点;

n>m,乃氏图终止于[0,-90°(n-m)]点,即沿坐标轴的方向终止于坐标原点。;;(2)有零点系统:

如果系统有开环零点,则当ω从0到∞的变化过程中,频率特性的相位角不呈单调连续减小,极坐标图可能出现凹凸,其程度取决于开环零点的位置。如图5.24(b)、(c)所示。;【例5.1】已知单位反馈系统开环传函分别如??,试画出其奈氏图。;绘制方法:典型环节叠加法和分段叠加法。;分段叠加法——低频段+中、高频段;特点:

(1)是一条斜率为-20ν的直线[dL(ω)/dlgω=-20ν]。

(2)该直线过两个特殊点(1,20lgK)和(K1/ν,0)。

(3)K决定了低频段的高度,ν决定了低频段的斜率。;相频Bode图表达式:;有限环节;写出系统开环传递函数表达式,将其标准化(为了正确求出K和ν值);并计算20lgK。

计算各典型环节的转折频率(ωi=1/Ti或τi),由小到大排列并依次标在频率轴上。

绘低频段:

幅频:过(1,20lgK)点作-20νdB/dec直线至ω1;或者过(1,20lgK)点和(K1/ν,0)作直线至ω1。

相频:作低频渐近线至ω1之前。

4.绘中、高频段:

从ω1开始依次叠加各对应环节高频段的斜率(相位),并据此依次改变幅频(相频)曲线,直到最后一个环节为止,则得到开环系统的幅频(相频)Bode图。;5.3.4最小相位系统与非最小相位系统;显然,G1(s)为最小相位系统,而G2(s)为非最小相位系统,但它们具有相同的幅频特性,即:;5.3.5传递函数的实验法确定;幅值下降,则对应惯性环节,ωi=1/Ti。

下降-20dB/dec→,;作业:习题5-3(2)(5)(6)

5-5(a)(b)(d);§5.4奈奎斯特稳定判据—奈氏判据;先看下面对应关系;5.4.2幅角原理—映射原理;引入辅助函数—复变函数;(2)幅角原理(映射原理);(3)奈氏路径及映射;特别说明:在奈氏路径中,ω=-∞→0-和ω=0+→+∞是关于实轴对称的,所以一般只需画出ω=0+→+∞的虚轴及其在[F(s)]平面的映射部分即可,为使奈氏判据使用起来简单,下面的讨论均指ω=0+→+∞的虚轴及其映射部分。;6