(1)-典型环节频率特性.ppt

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第二节 典型环节与开环系统的 频率特性 * 第五章 线性系统的频域分析法 项 目 内 容 教 学 目 的 熟悉典型环节的极坐标图和对数坐标图。 教 学 重 点 典型环节极坐标图和对数坐标图的绘制方法。 教 学 难 点 讲授技巧及注意事项 通过定义、公式推导进行分析。 5-2-1 典型环节频率特性的绘制 对数坐标图渐进曲线代替精确曲线的理解。 1. 比例环节 (1) 幅相曲线: 幅频特性 A(ω)= K (与ω大小无关) j K 0 (a) 比例环节的幅相曲线 (2) 对数频率特性曲线(Bode图): 对数幅频特性 对数相频特性 φ(ω) = 0° 20lg K 0 φ(ω) ω ω L(ω) 0 (b) 比例环节的Bode图 故:比例环节的Bode图如图(b)所示。 传递函数: G(s)= K 频率特性: G(jω)= K 相频特性 φ(ω) = 0° ∴ 比例环节的幅相曲线为复平面实轴上 的一个点 (K ,0); 见图(a)所示。 L(ω)=20lg∣G(jω)∣ = 20lg K (与ω大小无关) 2. 积分环节 传递函数 G(s)= 1 / s 频率特性 G(jω)=1 / jω= A(ω)e j φ(ω)=1/ω·e-j90° (1) 幅相曲线: 幅频特性 A(ω)=1/ω 相频特性 φ(ω)= -90° 积分环节的幅相曲线为复平面负虚轴部分;见下图(a)所示。 (a) 积分环节的幅相曲线 ω→0 ω→∞ j 0 φ(ω) -20dB/dec L(ω) 10 1 0 -90° 20 0 ω ω (b) 积分环节的Bode图 (2) 对数频率特性曲线(Bode图): 对数幅频特性 L(ω)=20lg∣G(jω)∣= -20lgω 对数相频特性 φ(ω) = -90° 积分环节的Bode图如图(b)所示。 3. 微分环节 (1) 幅相曲线: ω→0 (a) 微分环节的幅相曲线 ω→∞ j 0 (2) 对数频率特性曲线(Bode图): 20dB/dec L(ω) 10 1 0 90° 20 0 φ(ω) ω ω (b) 微分环节的Bode图 传递函数 G(s)= s 频率特性 G(jω)= jω =ω·e j 90° ∵ 幅频特性 A(ω)=ω 相频特性 φ(ω) = 90° ∴ 微分环节的幅相曲线为复平面正虚轴部分; 如图(a)所示。 ∵ 对数幅频特性 L(ω)=20lg∣G(jω)∣ = 20lgω 对数相频特性 φ(ω) = 90° ∴ 微分环节的Bode图如图(b)所示。 4. 惯性环节 (1) 幅相曲线 幅频特性 0(ω=∞,φ=90°) 1(ω=0,φ=0) 0 φ A(ω) j (a) 惯性环节的幅相曲线 传递函数 频率特性 相频特性 惯性环节的幅相曲线如图(a)所示。 (RC网络的幅相特性) 此时, 斜率为 –20dB/dec,与零分贝线的交点为ω=1/T, 该频率称为交接频率。 故惯性环节的对数幅频特性曲线可以用两条直线来近似地描绘,如下图(a)所示。 (2) 对数频率特性曲线(Bode图): 1)对数幅频特性: 即惯性环节的交接频率为 如要精确绘制时需要对其进行修正。 2)对数相频特性:φ(ω) = - arctgωT ω=0时,φ(0)= 0° … ω=1/T时,φ(1/T)= -45° … ω=∞时,φ(∞)= -90° 所以,惯性环节的Bode图如图(c)所示。 (c) 惯性环节的Bode图 -20dB/dec L(ω) 1/T 20 0 ω -90° 0 φ(ω) ω -45° (a)惯性环节对数幅频曲线 → (b)惯性环节对数相频曲线 → 惯性环节的对数相频特性如图(b)所示。 5. 一阶微分环节 (1) 幅相曲线: 传递函数 G(s)= 1+Ts 频率特性 G(jω)=1+ jωT = A(ω)e j φ(ω) 相频特性 φ(ω) = arctgωT ∴ 一阶微分环节的幅相曲线如图(a)所示。 ∵ 幅频特性 j (a) 一阶微分环节的幅相曲线 1 ω = 0 0 ω = ∞ (2)对数频率特性曲线(Bode图): 1) 对数幅频特性 此时, 斜率为 20dB/dec, 与零分贝线的交点为ω=1/T, 即, 一阶微分环节的交接频率为 故: 一阶微分环节的渐近对数幅频

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