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文档简介
5-1FrequencyResponseAsinAtAsinAt传递函数s Ts
Arsin s s2 ss s Ts s2A ructr
12T2
sin(tarctanTlim t sin(tarctanTt Ac
arctg
M 相 ()Gs Ts把s j代入上 频率特性Gj Tj
A 相频特 ()G
1 014
(s
s
(j
s
j无关,只取决于传递函数Φ(s)和信号的频率ω。r(t)Arsin(trcs(t)(j)Arsin[t (j线性定常系统在正弦输入信号作用下, Aej(
j(
c (s s如果不稳定,则动态过程最终不可能趋于稳态振荡,当然也就无法由实际系统直接观察到这种稳态响应。但从理论上推导动态过程时它的稳态分量总是可以分离出来的,而且其规律性并不依赖于系统的稳定性。因此可以扩展频率特性的概念,将频率特性定义为:线④由频率特性的表达式可知,其包含了系统或元部件的全部结构和参数,所以尽管频率特性是一种稳态响应,而动态过程的规律性必将寓于其中。故频率法就是运用稳态的频率特性间接研究系统的动⑤频率特性与微分方程和传递函数一样,也是系统或元件的动态数G(j)j(G(j)A()cos(G(j)j(G(j)A()cos()jA()sinG(j)U()jV(
U()V()
A()()arctgV(
G(j
j传递函数Gs Ts 频率特性 TjG11
GsjB相 Garctg(T B
0.707 1 1T G
bts Gj ejarg Ge幅相特性曲线是将频率作为 对数幅频20lgG和对数相频分贝,(用db表示)即L()20lgA()db20lgGdb横坐标按lg()刻度,但标注的数字是真数,由于是按以10单位长度,称为“十”,(dec)。对数刻度是不均匀的刻()对数幅频20lgG和相频20lgG幅 G
20lg
T22相 T
20lgG
GarctgT420lgG20lgG20 T22
TT1T
T
20lgG
T 20lg
20 20lg1 20lgT20lg110 20lgT20lg10
20lgT20
10n 20lgT20lg10nn TT
20lg20lg
20lgT是一条斜率为[-20分贝 (FrequencyResponseofBasic Gs
nGj nnnj22jnn A
Gj Gj
2
n
时 时
G mm1将m代入|G| 11当n且得G 故b 振荡环节的G,<G,G(j)曲对数幅频20lgG和对数相频20lg
20
G
1 n 比例环
20lg
1s
0
微分环 Ts 一阶微分环节Ts Ts1/[(s/n)22(s/n) (s/n)22(s/n) 1/[(s/n)22(s/n)(s/n)22(s/n)(FrequencyResponseofOpen-loopSystem) iGsG1sG2sG3sG4i
G Gj
44 Gj4 Gj
20lgG20lg
20lg 首先将Gj)GjReGjjImGjU(jVG(j)G(j)G( 取不同Uj)及V(j)或G(j及G( 2s1bsmbsm1
m Ts1T2s2
Ts a
sn1 limGj
0j
0 。G(j。G(j0)(222时,G(j)曲线从负实轴方向开始G(j023G( 3200limGj
nm
0
0 b
n-m则 a0
0,
j0n2G(j)G1(j)G2(j)20lgG(j)20lgGi(j)将开环传递函数化为各典型环节传递函数相乘的形式,并且将分子分母中各因式的s0项系数化为1。确定开环增益K及积分环节数目确定各环节的转折频率 将系统开环传递函数化为各典型环节传递函数相乘的形式,系统的相频特性为GjGij)根据不同的Gj)在单对数坐标纸上,在对应的值处,点绘相应的Gj))例5-6已知单位负反馈系统G(s) 200(ss(s0.2)(s24sGdj从02当1时,Ld()的斜率为[-20db/ 2[-20],
从
当2时,Ld()的斜率为[-40],Gd( 从开始
1k 20lgk曲线为高度取20lgk(db) 1处通过故低频起始段的对数幅频为在1
20lgk(db)点的[-20]斜率线,处通过点20lgk(db)的[-20]斜变化,其高频段最终的斜率为[(nm)20db十],开环对数相频特性曲线最终的相角为(nm)
1 数
求 G( 即
G(j1) 由低频段或低频段延长线与贝线的交点 K=kGd
Gd(
20lg
20lgk20lg kk由截止频率处的模值表达式求K。Gjck
或20lgGjc)低频段对数幅频特性 StabilityP0(1,j0)点若闭环系统不稳定,则闭环在S右半平面的极点数为ZP 其中N(1j0)转过的圈数(逆时针方向N注意:G(j)曲线对(-1,j0)若0,根据积分环节个数值,在G(j)2
稳 稳Gs 2s 2 T1s1T2s2 2
在所有20lgG(j)0 (ZP2N NNN注意:相频特性曲线由下往上穿过-P为系统开环
绘制系统开环对数幅频和相频特性曲线 和模稳定h(GainMargin):在幅相频率特性曲线上,相线G(j)与负实轴的交点的模值的倒数,h 在对数幅频特性上为<G(j)=-时20lgG( 即 20lgh 20lg
(j
20lg
(j LL
相稳定(PhaseMargin):幅相频率特性曲线上模值等1的矢量与负实轴的夹角
20lgG(
0处的相频曲线1800G(jcLL GG(b)补例控制系统的开环传递函数G(s) 10(s1)s2(0.01s统闭环的稳定性,并计算稳定、h(FrequencyResponseofClosed-loopSystems Gs1Gsj Gj1GjGj GejjMej G
j1 GejMfG,1fG, 峰值Mm:幅频特性的最大值,反映了系统的平稳性。Mm大,说明系统的“阻尼”弱,动态过程的超调量大,平稳性差。Mm小,系统的平稳性好。零频幅比M(0):指零频率0否存在静差。当M(0)1 ,说明系统在阶跃信号作用下没有静差,即ess 。当M(0)1,说明系统在阶跃信号作用下有静差,即ess0 频带bM()数值衰减到0.707M(0)时所对应的频率,2
tsMr,2的响应时间为系统1n
c2 n频宽为系统
tp tp12tp2 ts2(FrequencyResponseofOpen-loopSystemandTheirRelationWithSystemStepResponse)0低频段通常是指开环对数幅频渐近特性曲线20lgG中频段是指20lgG(j)曲线在截止频率
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