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控制系统的频域分析.ppt

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控制系统的频域分析

机械控制理论 4.1 频率特性概述 1) 在信号的频域描述中,任何信号均可分解为叠加的正弦信号:周期信号可利用傅里叶级数分解为离散频谱的正弦信号的叠加,非周期信号可利用傅里叶变换分解为连续频谱的正弦信号的叠加。因此,频域分析方法适用于任何信号,频率特性可以用于研究系统对任何输入信号的响应特点。可以通过频率特性分析系统的稳定性、响应的快速性和准确性。 2) 对于复杂的、无法用分析法建立数学模型(微分方程或传递函数)的系统,或者数学模型中的参数无法确定的系统,可以通过试验求得系统的频率特性,进而求出其传递函数,并对其参数进行确定和修正。 3) 频率特性可以采用图示方法进行表达和研究,其描述和分析手段十分方便和直观。Nyquist图直观形象,使实频特性、虚频特性、幅频特性和相频特性的变化规律一目了然;Bode图绘制方便,对于一般的复杂系统,其Bode图的近似曲线可手工绘制,且可在合适范围内以合适的精度表现幅频特性与相频特性随输入信号频率变化的规律。 4.1 频率特性概述 应用频率特性研究线性系统的经典方法称为频域分析法。它不必直接求解系统的微分方程,而是间接地运用系统的开环频率特性分析闭环响应。 其也是一种图解法。 频域分析方法是经典控制理论中,对控制系统进行研究和分析的主要方法之一。将传递函数从复域引到频域,利用频率特性作为数学模型来进行研究,具有更明确的物理概念。同时,频域分析方法是一种极为有效的分析方法,与时域分析方法相比,它具有如下一些明显的优点 。 4.1 频率特性概述 4.1 频率特性概述 4.1 频率特性概述 4.1 频率特性概述 4.1 频率特性概述 4.1 频率特性概述 4.1 频率特性概述 4.1 频率特性概述 4.1 频率特性概述 4.1 频率特性概述 4.1 频率特性概述 4.2 频率特性的极坐标图 4.2 频率特性的极坐标图(奈奎斯特图) 4.2 频率特性的极坐标图(奈奎斯特图) 4.2 频率特性的极坐标图(奈奎斯特图) 4.2 频率特性的极坐标图(奈奎斯特图) 4.2 频率特性的极坐标图(奈奎斯特图) 4.2 频率特性的极坐标图(奈奎斯特图) 4.2 频率特性的极坐标图(奈奎斯特图) 4.2 频率特性的极坐标图(奈奎斯特图) 4.2 频率特性的极坐标图(奈奎斯特图) 4.2 频率特性的极坐标图(奈奎斯特图) 4.2 频率特性的极坐标图(奈奎斯特图) 4.2 频率特性的极坐标图(奈奎斯特图) 4.2 频率特性的极坐标图(奈奎斯特图) 2.终点 4.2 频率特性的极坐标图(奈奎斯特图) 3.与实轴的交点 4.2 频率特性的极坐标图(奈奎斯特图) 4.2 频率特性的极坐标图(奈奎斯特图) 4.2 频率特性的极坐标图(奈奎斯特图) 4.3 频率特性的对数坐标图 4.3 频率特性的对数坐标图 4.3 频率特性的对数坐标图 4.3 频率特性的对数坐标图 4.3 频率特性的对数坐标图 4.3 频率特性的对数坐标图 4.3 频率特性的对数坐标图 4.3 频率特性的对数坐标图 4.3 频率特性的对数坐标图 其对数幅频特性是 4.3 频率特性的对数坐标图 4.3 频率特性的对数坐标图 4.3 频率特性的对数坐标图 4.3 频率特性的对数坐标图 4.3 频率特性的对数坐标图 4.3 频率特性的对数坐标图 3 对数坐标图的一般画法 4.3 频率特性的对数坐标图 4.3 频率特性的对数坐标图 在实际绘制图形时,会采用以下更为简化的方法: 4.3 频率特性的对数坐标图 例3绘制系统 的对数坐标图。 4.3 频率特性的对数坐标图 4.3 频率特性的对数坐标图 4.3 频率特性的对数坐标图 对数幅频特性曲线的特点: 4.3 频率特性的对数坐标图 4.3 频率特性的对数坐标图 4.3 频率特性的对数坐标图 2.利用对数坐标图估计最小相位系统的传递函数 4.3 频率特性的对数坐标图 4.3 频率特性的对数坐标图 例:已知最小相位系统的近似对数幅频特性曲线如图所示。求系统的传递函数。 4.3 频率特性的对数坐标图 4.4频域性能指标与时域性能指标间的关系 1 闭环频率特性及其性能指标 (2) 频域性能指标 4) 截止频率 2 二阶系统时域响应与频域响应的关系 总结 1.低频段的斜率为 2.在典型环节的转折频率处,对数幅频特性曲线的斜率要发生变化,变化的范围取决于典型环节的类型。如遇到惯性环节,斜率改变-20dB/dec 4 最小相位系统和非最小相位系统 在复平面右半平面没有零点和极点的传递函数称为最小相位 传递函数,具有最小相位传递函数的系统称为最小相位系统; 在复平面右半平面有零点或(和)极点的传递函数称为非最

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