自动控制理论(8)——频率响应法

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前言

频率响应法的特点

  1. 不用解特征根,用简单图解法研究系统稳定性;
  2. 系统频率特性可用实验法确定;
  3. 用频率法可设计出抑制噪声的系统;
  4. 频率法不仅适用于线性系统,也适用于某些非线性系统。
  5. 三阶及以上系统的频率特性和时间响应之间只有间接联系,不能直接反映系统的瞬态响应。

一、频率特性概述

  1. 频率响应: 在正弦输入作用下,系统输出的稳态值称为频率响应。
  2. 频率特性: 频率响应c(t)与输入正弦函数r(t)的复数比。

二、极坐标图

1.将开环传递函数按典型环节分解

在这里插入图片描述

2.起点和终点

1.起点( ω → 0 + ω\to{0^+} ω0+
在这里插入图片描述
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2.终点( ω → ∞ ω\to\infty ω)

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3.与坐标轴交点

与实轴交点,令虚部等于0,求出ω,代入得实轴交点
与虚轴交点类似

三、对数坐标图

ω c ω_c ωc:幅值穿越频率,此时 L ( ω ) = 0 L(ω)=0 L(ω)=0
ω g ω_g ωg:相位穿越频率,此时 φ ( ω ) = − 180 φ(ω)=-180 φ(ω)=180

1.开环系统伯德图的绘制方法

顺序斜率迭加法
(1)将传递函数分解成典型环节并按转角频率从小到大排序,计算斜率累加值。
(2)过(1,20lgK)点作低频渐近线,斜率为-20ndB/dec,n为积分因子的个数。
(3)根据斜率累加值,每遇到一个转角频率即改变一次渐近线斜率,作出幅频特性。
(4)用描点连线的方法绘制相频特性。

2.最小相位系统和非最小相位系统

最小相位系统:开环传递函数中,无右极点或右零点(并且不具有延迟因子) 的系统;
非最小相位系统:开环传递函数中,有右极点或右零点(或具有延迟因子) 的系统。

3.开环对数频率特性与稳态误差的关系

0 型系统的特征:
低频渐近线斜率为0,幅值为 20 l g K 20lgK 20lgK
位置误差系数 K p = K K_p=K Kp=K
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1 型系统的特征:
低频渐近线斜率为 − 20 d B / d e c -20dB/dec 20dB/dec
低频渐近线(或它的延长线)与 0 d B 0dB 0dB线的交点频率为 ω = K ω=K ω=K
低频渐近线(或它的延长线)在 ω = 1 ω=1 ω=1时,幅值为 20 l g K 20lgK 20lgK
速度误差系数 K v = K K_v=K Kv=K
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2型系统的特征:
低频渐近线斜率为 − 40 d B / d e c -40dB/dec 40dB/dec
低频渐近线(或它的延长线)与 0 d B 0dB 0dB线的交点频率为 ω = K 1 2 ω=K^\frac{1}{2} ω=K21
低频渐近线(或它的延长线)在 ω = 1 ω=1 ω=1时,幅值为 20 l g K 20lgK 20lgK
加速度误差系数 K a = K K_a=K Ka=K
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