机械控制基础系统的频率特性04.ppt

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机械控制基础系统的频率特性04

第三节 开环系统频率特性的绘制 开环系统极坐标频率特性的绘制(绘制奈氏图) —手工绘制和使用Matlab绘制 —具有积分环节的系统的频率特性的特点,低频和高频特性 开环系统对数坐标频率特性的绘制(绘制波德图) —手工绘制波德图的步骤和使用Matlab绘制 频域性能指标 * 开环系统极坐标频率特性的绘制(乃氏图) 开环系统对数坐标频率特性的绘制(波德图) 非最小相位系统的频率特性 一、开环系统极坐标频率特性的绘制(绘制乃氏图) 开环系统的频率特性或由典型环节的频率特性组合而成,或是一个有理分式,不论那种形式,都可由下面的方法绘制。 将开环系统的频率特性写成 或 的形式,根据不同的 算出 或 可在复平面上得到不同的点并连之为曲线。(手工画法)。 [绘制方法]: 使用MATLAB工具绘制。 实际绘图时极坐标图画的都是近似曲线。 根据幅频特性和相频特性确定起点(对应w=0)和终点 (对应w=∞);根据实频特性和虚频特性确定与坐标轴的交点;然后按w从小到大的顺序用光滑曲线连接即可。必要时可再求一些中间的点帮助绘图 极坐标图的特点是除增益以外的部分决定极坐标图的形状,而增益决定图形的大小。 [例]设开环系统的频率特性为: 试列出实频和虚频特性的表达式。当 绘制奈氏图。 解: 当 时, 0 -1.72 -5.77 0 0 -0.79 0 3.85 1 0.8 0.2 0 相角: -180 -114.62 -90 -56.31 0 0.8 0.2 0 用上述信息可以大致勾勒出奈氏图。 找出几个特殊点(比如 ,与实、虚轴的交点等),可大致勾勒出乃氏图。为了相对准确,可以再算几个点。 下图是用 Matlab工具绘制的乃氏图。 [例]设开环系统的频率特性为: 试绘制极坐标特性曲线。 [具有积分环节的系统的频率特性的特点]: 频率特性可表示为: 其相角为: 当 时, 当 时, 显然,低频段的频率特性与系统型数有关,高频段的频率特性与n-m有关。 下图为0型、Ⅰ型和Ⅱ型系统在低频和高频段频率特性示意图: (0型) (Ⅰ型) (Ⅱ型) 低频段频率特性 n-m=3 n-m=1 n-m=2 高频段频率特性 中频部分,可计算一些特殊点的来确定。如与坐标的交点等。 二、开环系统对数坐标频率特性的绘制(绘制波德图) 开环系统频率特性为:(写成时间常数形式) 幅频特性: 相频特性: 且有: 由以上的分析可得到开环系统对数频率特性曲线的绘制方法:先画出每一个典型环节的波德图,然后各图相加。 [例]:开环系统传递函数为: ,试画出该系统的波德图。 [解]:该系统由四个典型环节组成。一个比例环节,一个积分环节两个惯性环节。手工将它们分别画在一张图上。 然后,在图上相加。 注意到:幅频曲线由折线(渐进线)组成,在转折频率处改变斜率。 确定 和各转折频率 ,并将这些频率按小大顺序依次标注在频率轴上; 确定低频渐进线: ,就是第一条折线,其斜率为 ,过点(1,20logk)。实际上是k和积分 的曲线。 具体步骤如下: 将频率特性写为时间常数形式。 高频渐进线的斜率为:-20(n-m)dB/dec。 相频特性还是需要点点相加,才可画出。 遇到 (一阶惯性)时,斜率下降-20dB/Dec; 遇到 (二阶惯性)时,斜率下降-40dB/Dec; 画好低频渐进线后,从低频开始沿频率增大的方向,每遇到一个转折频率改变一次分段直线的斜率: 遇到 (一阶微分)时,斜率增加+20dB/Dec; 遇到 (二阶微分)时,斜率增加+40dB/Dec; [例]系统开环特性为: 试画出波德图。 则: [解]:1、该系统是0型系统,所以 2、低频渐进线:斜率为 ,过点(1,20) 3、波德图如下: 红

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