第五章 频率特性分析法6_2.ppt

1、第五章 频率特性分析法,目的 掌握利用频率特性分析系统的方法,内容 系统的频率特性 典型环节的频率特性 频率特性作图 频率特性分析,低频渐近线与系统稳态误差的关系 中频段斜率与系统稳定性关系 开环频域指标与动态性能指标间的关系 高频段反映系统抗干扰能力,5.7 利用开环频率特性分析系统的性能,0型系统的对数幅频特性的低频部分如下图所示,特点： 在低频段，斜率为0dB/十倍频； 低频段的幅值为20lgK，由之可以确定稳态位置误差系数。, I 型系统,I 型系统的开环频率特性有如下形式,I 型系统的对数幅频特性的低频部分如下图所示, II 型系统,II 型系统的开环频率特性有如下形式,II 型系统

2、的对数幅频特性的低频部分如下图所示,1.由开环频率特性确定系统的稳态性能,误差系数与稳态误差之间的关系,低频段斜率确定系统的无差度,积分环节的个数即无差度对应 低频段的斜率,低频段高度确定系统开环放大系数的大小,I型系统,0型系统,II型系统,2.中频斜率与系统稳定性关系,开环对数幅频特性的中频段指的是截至频率 附近的频段 根据截至频率处的相角是否大于-180判断闭环系统的稳定性,稳定性： c 0 , Lg0,要求： c 一般不要小于 30 Lg 一般不要小于 6 dB,最小相位系统L()与()的11对应性,若L()的斜率变得更负，()也往更负的方向 变化 所在频段的斜率不能太小,相角裕度,幅

3、值裕度,大小除了与该频率下L()的斜率有关之外，还受到该频率段之外的各转折频率的影响。近者影响大，远者影响小。,3.动态性能分析,开环频率指标： ，c 0,闭环时域指标： ，,二阶系统,相角裕量 与超调量 的关系,定性：c 越大， 越小 定量：二阶系统,开环截止频率c与调节时间ts的关系 定性：c越大，ts越小 定量：二阶系统,若两系统相角裕度相同，则 1） 相同 2） 越大调节时间 越短,高阶系统,中频段穿越斜率 c 和中频段宽度 h,中频段： 0dB线上下约15dB范围内的频率段,中频段穿越斜率c: c 所在频率段L()的斜率,中频段宽度 h： c 所在频段两端转折频率之比,若穿越斜率c=

4、-20 且 h5 则: c 0 且系统动态特性好,若穿越斜率c=-40 则: 系统或者不稳定 或稳定但平稳性较差,若穿越斜率c=-20 但 h5 则: 系统动态性能差,高频段对系统性能的影响,高频段,高频段的 越低， 越小， 越小 幅频特性的意义：输出和输入幅值之比 噪声是一种高频输入信号 高频段的 体现了系统的抗干扰能力,高频衰减率 h ： L()在高频段的斜率,表示了系统的抗干扰的能力,例：已知系统的开环对数频率特性如图，试作系统性能分析,解: (1) 稳态分析,(2) 动态分析,0型系统，有差跟踪阶跃信号,系统稳定，阶跃响应有振荡,5.8 利用闭环频率特性分析系统的性能,1.开环频率特性与闭环频率特性的关系,闭环频率特性,低频段,闭环频率特性曲线低频段 dB,高频段,闭环频率特性曲线高频段LL（) L（),中频段,闭环系统稳定,临界稳定,不稳定,越接近，稳定性变差，会出现谐振峰值,本章小结,本章重点,本章介绍了控制系统频率分析法的相关概念和原理。 包括频率特性的基本概念和定义 开环频率特性的极坐标图表示法、Bode图表示法 控制系统稳定性的频率特性分析法及其应用 控制系统闭环频率特性,掌握频率特