自动控制原理-第五章---频率响应法--胡寿松第六版.pptVIP

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自动控制原理-第五章---频率响应法--胡寿松第六版

第五章 频率响应法 5.1 频率特性 数学本质 常用于描述频率特性的几种曲线 幅相曲线:对于一个确定的频率,必有一个幅频特性的幅值和一个幅频特性的相角与之对应,幅值与相角在复平面上代表一个向量。当频率ω从零变化到无穷时,相应向量的矢端就描绘出一条曲线。这条曲线就是幅相频率特性曲线,简称幅相曲线。 5.2 典型环节和开环频率特性 典型环节 比例环节 比例环节的频率特性是G(jω)=K,幅相曲线如下左图。 积分环节 积分环节的对数幅频特性是 L(ω)=-20lgω,而相频特性是 φ(ω)=-90o。直线和零分贝线交于 ? = 1 地方 . 惯性环节 G(s)=1/(Ts+1), 振荡环节 ωωn时L(ω)≈0 ωωn时L(ω)≈-40lgω/ωn=-40(lg ω-lg ωn) 5.2.2 开环幅相曲线的绘制 根据典型环节的对数频率特性绘制开环对数频率特性曲线 例5.1 系统开环传函为 , 试绘制系统的Bode曲线。 对数曲线求斜率(补充) 斜率例题(补充) 惯性环节对数幅频渐近曲线的分析(图5-11) 振荡环节L(ω)渐近线分析(P195) 振荡环节再分析(P195) 夸张图形(补充) 二阶微分(图5-11) 延迟环节求τ(补充) 延迟系统的仿真(补充) 例5.2 已知系统开环传递函数为 5.2.3 最小相角系统和非最小相角系统的区别 ?最小相角(相位)系统的零点、极点均在s平面的左半平面,在s平面的右半平面有零点或极点的系统是非最小相角系统。 例5.3 已知最小相角系统开环对数渐近幅频曲线,求开环传递函数。 奈氏判据的推导(P210) 奈氏定判据的推导续 向量求N 再讨论 频率域稳定判据(P210) G(j?)H(j?)轨迹靠近(-1,j0)点的程度 GH平面 增益交界频率 ?c G(j?)H (j?)轨迹与 单位圆交点 相位交界频率 ?g G(j?)H(j?)轨迹与负实轴交点 GH平面 ?g ?g ?c ?c 1-稳定系统 2-不稳定系统 增益交界频率和相位交界频率 单位园外 单位园内 增益交界频率 ?c G(j?)H(j?)轨迹与单位 圆交点L(j?)与0分贝线 的交点。 ?c ?g 稳定系统 相位交界频率 ?g G(j?)H (j?)轨迹与负实轴交点? (j?)与-?线的交点。 单位圆外 单位圆内 ?c ?g 不稳定系统 由L(ω)求G(s)例2 (P205) 1 ω 0dB 40 -1.94 [-40] [-20] 8 24.08 [-20] [-40] 由L(ω)求G(s)例3 (P205) 30 50 9.49 0.78 0.1 47.2 L(ω)dB ω 0dB [-20] [-40] [-40] [-20] 延迟环节求k(补充) 已知延迟系统开环传递函数为 试根据奈氏判据确定k使闭环系统稳定。 k 2 已知延迟系统开环传递函数为 试根据奈氏判据确定系统闭环稳定时, 延迟时间τ值的范围。 第二种方法: 第一种方法是用simulink (延迟时间为0.5秒) 编程求得阶跃响应: Plot(t,y) pade(T,m)可将e-Ts展开为分子分母均为m阶的多项式 [a,b]=pade(0.5,3) 取m=3,也可取4 n=conv(2,a); d=conv([1 1],b); [n1,d1]=cloop(n,d); step(n1,d1) 开环分子 开环分母 形成闭环 试绘出开环对数渐近幅频曲线。 20 -20 ω L(dB) 10 L(dB) 50 -20 -40 100 ω L(dB) ω -40 -40 -20 ω1 ωc ω2 幅频特性相同,但对数相频曲线却不相同 。 ?最小相角系统的幅频特性和相频特性一一对应,只要根据其对数幅频曲线就能写出系统的传递函数 。 5.2.1 5.2.2 设复变函数为 一、映射定理 则对应与S平面下除了有限的奇点之外的任意一点,F(S)为解析函数,即为单值、连续的函数。 S平面 F(S)平面 5.3 奈奎斯特判据 曲线的形状:由F(S)的特性决定,无需关心 曲线的运动方向:可能是顺时钟,也可能是逆时钟 曲线包围原点的情况:包围的次数,关心!!! S平面 F(S)平面 映射定理 设S平面上的封闭曲线包围了复变函数F(S)的P个极点和Z个零点,并且此曲线不经过F(S)的任一零点和极点,当复变量S沿封闭曲线顺时钟方向移动一周时,在F(S)平面上轨迹F(S)包围坐标原点的总次数R=P-Z。 顺时针包围时R 0 ,逆时针包围时R 0。 奈奎斯特稳定判据的推导 M(s

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