重庆科技学院机械控制工程基础王晓梅主讲要点.ppt

控制工程基础 主讲人：王晓梅 重庆科技学院 机械与动力工程学院 课程性质 课程任务与学习要求 第四章 系统的频率特性分析 4.4 最小相位系统与非最小相位系统 二、性质 最小相位系统的传递函数可由其对数幅频特性唯一确定。 相同幅频特性的稳定系统中，最小相位系统的相角范围最小。 如果ω→∞时，幅频特性的渐近线斜率为-20 n-m dB/dec，而此时相角为-90° n-m ，则该系统为最小相位系统，否则为非最小相位系统。 第四章 系统的频率特性分析 4.4 最小相位系统与非最小相位系统 幅频特性和相频特性之间具有确定的单值对应关系。 非最小相位系统往往含有延时环节、小闭环不稳定环节，所以启动性能差，响应慢，故在要求响应快的系统中，总是尽量避免非最小相位系统的出现。 注意 第四章 系统的频率特性分析 4.4 最小相位系统与非最小相位系统 三、产生非最小相位的一些环节 1. 延时环节 2. 不稳定的导前环节 3. 不稳定的二阶微分环节 4. 不稳定的惯性环节 5. 不稳定的振荡环节 4.5 利用Bode图进行系统辨识 第四章 系统的频率特性分析 4.5利用Bode图进行系统辨识 分析系统 建立数学模型 稳定性 快速性 准确性 微分方程 传递函数 状态方程 物理定律推演 理论分析、实验辅助 对于复杂系统，结构、参数、运动机理未知 结构已知、参数已知、支配运动的机理已知 ？ 第四章 系统的频率特性分析 4.5利用Bode图进行系统辨识 一、系统辨识的一般方法 施加一定的激励信号 确定系统的响应 进行数据处理 正弦信号 阶跃信号 脉冲、三角波、方波，或任意波形 时间响应 频率响应 借助计算机或者特殊仪器，绘出响应曲线，确定系统。 第四章 系统的频率特性分析 4.5利用Bode图进行系统辨识 二、由Bode图进行系统辨识 对数幅频曲线（或延长线）在低频段必过点（1，20lgK）; 对数幅频曲线在低频段斜率为-20νdB/dec。 注意 低频段是一个相对的概念，一般是指第一个转角频率之前的一部分。 1. 低频段 低频段 或其延长线 与零分贝线交点处频率为 。 第四章 系统的频率特性分析 4.5利用Bode图进行系统辨识 2. 中、高频段 在幅频特性图中，从低频到高频，利用曲线各段斜率的变化来估计系统的组成环节。 即用斜率 的渐近线逼近实验曲线，由各渐近线的 交点来确定转角频率。 三、用Bode图对最小相位系统进行辨识的步骤 1.曲线变折线； 2.确定型别； 3.确定增益K； 4.确定组成环节。 第四章 系统的频率特性分析 4.5利用Bode图进行系统辨识 例4.7 求出具有下图所示对数幅频特性渐近线的最小相位系统的传递函数。 a 解： 1）确定型别ν 低频段斜率为[-20ν] 0 ν 0 2）确定增益K 低频段过点 1，20lgK ，由图知 20lgK 12 K 4 3）确定各组成环节 由图可知，系统在ω 100处串入了一个惯性环节 第四章 系统的频率特性分析 4.5利用Bode图进行系统辨识 b 解： 1）确定型别ν 低频段斜率为[-20ν] [-20] ν 1 2）确定增益K K 4 低频段幅频特性取决于 ，由图知,低频段过点 2,6 ，即 3）确定各组成环节 由图可知，系统在ω 2处串入了一个微分环节 第四章 系统的频率特性分析 4.5利用Bode图进行系统辨识 c 解： 1）确定型别ν 低频段斜率为[-20ν] 0 ν 0 2）确定增益K 低频段延长线会过点 1，20lgK ， 20lgK 20 K 10 3）确定各组成环节 综上分析，系统传函为 第四章 系统的频率特性分析 4.5利用Bode图进行系统辨识 d 解： 由图初步确定系统传函为 即， 2）确定增益K 低频段幅频特性取决于 ，由图知,低频段过点 0.5,40 ，即 K 50 3）确定各组成环节 1）确定 、 同理， 第四章 系统的频率特性分析 4.5利用Bode图进行系统辨识 例4.8 求出下图所示最小相位系统的传递函数。 解：由图初步确定系统传函为 确定增益K 由图知，幅频特性渐近线通过点（20,0），而在ω 20处，仅有 对幅频特性产生影响。 第四章 系统的频率特性分析 本章小结： 1. 掌握频率特性的定义及其求法； 2. 掌握频率特性的极坐标图（Nyquist图）和对数坐标图（Bode图）的组成原理，熟悉典型环节两种图形的特点，掌握一般控制系统两种频率特性图的绘制； 3. 频域中的性能指标； 4.掌握最小相位系统利用Bode图进行系统辨识； 作业：P:151-153 4.5 4.6 4.9 3 4.12 4 6 10 4.14 6 7 9 本章小结 绘制概略Nyquist曲线的一般方法 将开环传