5-3_系统开环频率特性

1,第5章 频域分析法,5.1 频率特性及其表示法 5.2 典型环节的频率特性 5.3 系统开环频率特性的绘制 5.4 用频率特性分析控制系统的稳定性 5.5 系统瞬态特性和开环频率特性的关系 5.6 闭环系统频率特性 5.7 系统瞬态特性和闭环频率特性的关系,2,5.3 系统开环频率特性的绘制,1 系统开环幅相频率特性 2 系统开环对数频率特性,3,1 系统的开环幅相频率特性,0型系统 I型系统 型系统,4,0 型系统的开环幅相频率特性,0型系统开环传递函数 频率特性 特点 (1) 时， , 故幅相频率特性由实轴上的点 开始。 (2) 时, ， 故幅相频率特性沿终于坐标原点。 (3) 区段，幅相频率特性的形状与环节及参数有关。,5,0 型系统的开环幅相频率特性,例如开环系统传递函数的形式为 幅相频率特性的形状如图所示 图5.22 0型系统幅相频率特性之一,6,0 型系统的开环幅相频率特性,例如开环系统传递函数的形式为 幅相频率特性的形状如图所示 图5.23 0型系统幅相频率特性之二,7,0 型系统的开环幅相频率特性,例如开环系统传递函数的形式为 幅相频率特性的形状如图所示 图5.23 0型系统幅相频率特性之二,8,I 型系统的开环幅相频率特性,I型系统开环传递函数 频率特性 特点 (1) 时， , 故幅相频率特性由无穷远沿 方向开始。 (2) 时, ， 故幅相频率特性沿 终于坐标原点。 (3) ，幅相频率特性按幅值无穷大为半径变化了 ，如图中虚线所示。,9,I 型系统的开环幅相频率特性,I型系统幅相频率特性的形状如图所示 图5.24 I型和型系统的幅相频率特性,10,I 型系统的开环幅相频率特性,例5.3开环系统传递函数的形式为 当 时， , 时 趋于无穷远的渐近 线平行于虚轴。这一渐近线的横坐标 按下试确定： 当 时, ， 图5.25 开环幅相特性,11,型系统的开环幅相频率特性,型系统开环传递函数 特点 (1) 时， , 故幅相频率特性由无穷远沿 方向开始。 (2) 时, ， 故幅相频率特性沿 终于坐标原点。 (3) ，幅相频率特性按幅值无穷大为半径变化了 ，如图中虚线所示。,12, 型系统的开环幅相频率特性,型系统幅相频率特性的形状如图所示 图5.24 I型和型系统的幅相频率特性,13,1 系统的开环幅相频率特性,总结 幅相频率特性的低频段,14,1 系统的开环幅相频率特性,总结 幅相频率特性的高频部分,15,1 系统的开环幅相频率特性,总结 幅相频率特性与负实轴和虚轴的交点 频率特性与负实轴的交点: 频率特性与虚轴的交点 区段，幅相频率特性的形状与分子 分母环节及参数有关。,16,2 系统的开环对数频率特性,对数幅频特性 对数相频特性 系统类型与开环对数频率特性,17,系统的开环对数幅频特性,例5.3的开环系统传递函数为 对数幅频特性 先绘出式中各环节的对数幅频特性分量，然后将各环节特性分量的纵坐标相加，就可以得到系统开环对数幅频特性。,18,系统的开环对数幅频特性,图5.27 例5.3 的开环对数频率特性,19,系统的开环对数幅频特性,绘制步骤 （1）确定交接频率，标在角频率轴上 。 （2）在 处，量出幅值 ，如图5.27中A点。 （3）通过A点作一条20NdB/十倍频的直线，直到第一个交接频率 （图5.27中B点）。如果 ，则低频渐近线的延长线经过A点。 （4）以后每遇到一个交接频率，就改变一次渐近线斜率。,20,系统的开环对数相频特性,例5.3的开环系统传递函数为 对数相频特性 先绘出各分量的相频特性，然后将各分量的纵坐标相加，就可以得到系统的开环对数相频特性。 在实际工作中也常常用解析法进行计算。 特点 在低频区，对数相频特性起于 。 在高频段，相频特性趋于 。,21,系统类型与开环对数频率特性,0型系统 I型系统 型系统,22,系统类型与开环对数频率特性,0型系统 开环频率特性有如下形式 其对数幅频特性的低频部分如图所示。 特点 低频段斜率为0dB/十倍频； 低频段的幅值为 ， 稳态位置误差系数 。 图5.28 0型系统对数频率特性低频段示意图,23,系统类型与开环对数频率特性,I型系统 开环频率特性有如下形式 其对数幅频特性的低频部分如图所示。 图5.29 I型系统对数频率特性低频段示意图,24,系统类型与开环对数频率特性,I型系统特点 低频段斜率为 dB/十倍频；位置由下式确定 在 时， ；或 时， 。 低频渐近线（或其延长线）与0分贝线的交点为 ， 系统的稳态速度误差系数 ； 低频渐近线（或其延长线）在 时的幅值为 dB。,25,系统类型与开环对数频率特性,型系统 开环频率特性有如下形式 其对数幅频特性的低频部分如图所示。 图5.30 型系统对数频率特性低频段示意图,26,系统类型与开环对数频率特性,型系统特点 低