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第六章 频率特性分析法版本2.02011年6月主编修改版 华南理工大学 自动化科学与工程学院 第六章 频率特性分析 6.1 引言 6.2 频率特性的基本概念 6.3 频率特性图示法 6.4 系统的开环频率特性 6.5 奈奎斯特稳定判据 6.6 稳定裕度 6.7 基于开环对数频率特性的系统性能分析 6.8 闭环频率特性与系统性能指标 6.9 利用MATLAB进行控制系统的频率特性分析 6.10 小结 基本要求 1. 正确理解频率特性的概念。 2. 熟练掌握典型环节的频率特性，熟记其幅相特性曲线及对数频率特性曲线。 3. 熟练掌握由系统开环传递函数绘制系统的开环对数幅频渐近特性曲线及开环对数相频曲线的方法。 4. 熟练掌握由具有最小相位性质的系统开环对数幅频特性曲线求开环传递函数的方法。 5. 熟练掌握乃奎斯特稳定判据和对数频率稳定判据及其它们的应用。 6. 熟练掌握稳定裕度的概念及计算稳定裕度的方法。 7. 理解闭环频率特性的特征量与控制系统阶跃响应的定性关系。 8. 理解开环对数频率特性与系统性能的关系及三频段的概念，会用三频段的分析方法对两个系统进行分析与比较。 Part 6.1 引言 6.2 频率特性的基本概念 6.2 频率特性的基本概念 课程小结（1） 频率特性的概念 频率特性也是描述系统的动态数学模型，频率响应法 从频率特性出发研究系统。 几点说明 6.2 频率特性的基本概念 6.2 频率特性的基本概念 pass 6.2 频率特性的基本概念 6.2 频率特性的基本概念 6.2 频率特性的基本概念 6.3 频率特性图示法 6.3 频率特性图示法 6.3 频率特性图示法 6.3 频率特性图示法 纵坐标： 1)对数幅值，纵坐标均匀刻 度，单位是分贝(dB）。 2)对数相频特性的纵坐标为相角，单位是度(°)。 § 频率特性的基本概念 （4） 6.3 频率特性图示法 6.4 系统的开环频率特性 幅相曲线 对数曲线求斜率 例5.1 幅相曲线 4 惯性环节 幅相频率特性 ( Nyquist )（3） 幅相频率特性 ( Nyquist )（4） 惯性环节对数幅频渐近曲线的分析 幅相曲线 §5.2 幅相频率特性 ( Nyquist )（6） §5.2 幅相频率特性 ( Nyquist )（7） §5.2 幅相频率特性 ( Nyquist )（8） §5.2 幅相频率特性 ( Nyquist )（9） 振荡环节L(ω)渐近线分析 振荡环节再分析 幅相曲线 二阶微分的对数频率特性 §5.2 幅相频率特性 ( Nyquist )（12） §5.3.1 开环系统的幅相频率特性 （1） §5.3.1 开环系统的幅相频率特性 （2） § 5.3.1 开环系统的幅相频率特性 （3） § 5.3.1 开环系统的幅相频率特性 （4） § 5.3.1 开环系统的幅相频率特性 （5） §5.3.2 开环系统对数频率特性 ( Bode) （1） ④ 交接频率: ω1=0.2，ω2=1，ω3=5； ω=0.2，斜率[-20]变为[-40]； ω=1， 斜率[-40]变为[-20]； ω=5， 斜率[-20]变为[-60]。 §5.3.3 由对数频率特性曲线确定开环传递函数 （1） §5.3.3 由对数频率特性曲线确定开环传递函数 （2） 6.4 系统的开环频率特性 考虑线性定常系统的传递函数，若在右半s平面上既无零点也无极点，则称其为最小相位传递函数，否则，称其为非最小相位传递函数；对应的系统分别称为最小相位系统和非最小相位系统。 6.4 系统的开环频率特性 6.4 系统的开环频率特性 6.4 系统的开环频率特性 幅相频率特性： 圆：圆心为原点,半径为1； 当?=0?+∞，相角不断变负，即特性由(1, j0)开始，顺时针周而复始地转动，且τ越大，转动越快。 例题 6.5 奈奎斯特稳定判据 幅角原理（续） 注意： F(s)的Z个零点个数必须为0，否则不稳定；因为F(s)的零点就是闭环的极点 6.5 奈奎斯特稳定判据 6.5 奈奎斯特稳定判据 6.5 奈奎斯特稳定判据 关于半次穿越 §6.5.4. 对数稳定判据 (2) §6.5.4 对数稳定判据 (3) §6.5.4 对数稳定判据 (6) 下一次 6.6 稳定裕度 6.6 稳定裕度 6.6 稳定裕度 6.6 稳定裕度 6.7 基于开环对数频率特性的系统性能分析 §5.6 利用开环频率特性分析系统的性能（7）