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自动控制原理 第五章 第四讲 对数频率稳定判据

第五章 线形系统频率响应法 第四讲 5.4 稳定裕度 5.5 闭环频率特性 5.3 对数频率稳定判据 复习第三讲的主要内容: 奈氏判据 Z=P-2N; Z=0时稳定。 P:在右半平面开环特征根数; Z:在右半平面闭环特征根数; N: 在[G]平面,?从0??, 幅相曲线 穿过(-1,j0) 点左侧负实轴的次数。 奈氏稳定判据 穿越时: 由上向下为正穿越N+ 由下向上为负穿越N—, 未穿透为半次穿越, 、开环对数幅相频率特性曲线 开环对数幅频渐近特性曲线的绘制( ) 将系统开环传递函数分解为几个典型环节的 组合形式,主要有: 比例积分: 一阶惯性: 一阶微分: 振荡环节: 二阶微分: 转折频率: 转折频率: 将转折频率按从小到大的顺序排列,标于 轴上。 低频段渐近线为一直线,斜率为: 另外还需确定直线上的一点,确定方法有: 2 记 为最小转折频率,称 的 频率范围为低频段。 2)由已知 , , ,则 的 频段内,直线斜率为 : 取 ,得该点对数幅频值: 这样确定低频段直线; 3 在 的频段,系统开环对数幅频 渐近线表现为分段折线,且每两个相邻转折 频率之间为直线,在每个转折频率点处,斜率发生 变化,变化数值取决于转折频率处对应的典型环节 的种类: 典型环节 斜率变化 ( ) 一阶惯性 -20 一阶微分 +20 振荡环节 -40 二阶微分 +40 将系统开环传递函数中各典型环节的相角列出,并写成求和形式; 取 的几个代表点,计算对应点的相角值,并将所求各点值描于相角坐标系中,然后用光滑曲线将各点连接,即可得到对数相频特性曲线。 开环对数相频特性曲线的绘制( ) 已知系统开环传递函数为 试绘出开环对数渐近幅频曲线。 例3 已知最小相角系统开环对数渐近幅频曲线,求开环传递函数。 例4 5.3 对数频率稳定判据 A(ωc)=|G(j ωc)H(j ωc)|=1 L(ωc)=20lgA(ωc)=0 截止频率 在Bode图上: 截止频率 对数相频曲线 的确定(三种情况): 开环系统无虚轴极点时,为 曲线; 开环系统存在积分环节 时,需在 曲线 较小且 点处向上补作 的虚垂线, 与 一起构成 ; 存在等幅振荡环节 时,需从 点 起向上补作 的虚垂线至 处,与 一起构成 。 开环对数频率稳定性判据 设开环系统正实部的极点数为 ,闭环系统稳定 的充要条件是: ,且 时 所有频率范围内对数相频曲线 穿越 线的次数 满足: 为 时从下向上穿越 线的次数; 为 时从上向下穿越 线的次数。 为截止频率 5.4 稳定裕度 对于大的K值,系统是不稳定的。当增益K减少到一定值时,G (jω) 的轨迹通过(-1,0j)点,系统临界稳定;当K继续减少时,系统是稳定的。 稳定裕度就是用来度量G (jω) 的轨迹对(-1,0j)点的靠近程度,用来表明系统的相对稳定性。 稳定裕度常用相角裕度γ(ωc) 和幅值裕度 h 来衡量。 稳定裕度的定义 若z=p-2N中p=0,则G(jω)过(-1,j0)点时, 系统临界稳定,见下图: G(jω)曲线过(-1,j0)点时, G(jω) =1 同时成立! 特点: ∠ G(jω) = -180o 0 j 1 -1 G(jω) j 0 1 ωc ωx γ G(jω) G(jωx) ∠G(jωc) ∠G(jωc) – γ = –180o G(jωx) h =1 幅值裕度 h= G(jωx) 1 相角裕度 =180o +∠G(jωc) γ 稳定裕度的定义续1 -1 其中,ωg为穿越频率。 0 ω ωg ωc j r -1 G(jωc)H(jωc) G(jωg)H(jωg) 定义的含义:如果系统的开环传递系数增大到原来的h倍,则系统处于临界稳定状态。 讨论: 1)h1即h(dB)0:增益裕度为正值。 2)h1即h(dB)0:增益裕度为负值。 对数坐标下:

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