控制系统的频域分析与校正.pptx

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与控制系统仿真第14章控制系统频域分析与校正第1页

主要内容14.1控制系统频域分析14.1.1频率特征概述14.1.2频率特征不一样表示方法14.1.3MATLAB频域分析相关函数14.1.4MATLAB频域分析实例14.2基于频域法控制系统稳定性分析14.2.1频域法稳定性判定和稳定裕度概述第2页

主要内容(续)14.2.2基于频域法控制系统稳定判定相关MATLAB函数14.2.3MATLAB频域法稳定性判定实例14.3控制系统频域法校正14.3.1频域法超前校正及实例14.3.2频域法滞后校正及实例14.3.3频域法超前滞后校正及实例本章小结第3页

频率特征定义第4页

频率特征频率特征和传递函数关系：频率特征曲线有三种表示形式，即：对数坐标图极坐标图对数幅相图第5页

Nyquist稳定判据假如开环模型含有m个不稳定极点，则单位负反馈下单变量闭环系统稳定充要条件是开环系统Nyquist图逆时针围绕(-1,j0)点m周。第6页

稳定裕度系统相对稳定性包含相角稳定裕度和幅值稳定裕度。第7页

稳定裕度（续）第8页

闭环系统频率特征第9页

频域法校正方法频域法校正方法主要有超前校正、滞后校正和滞后-超前校正等。利用超前校正装置校正基本原理即是利用其相位超前特征，以赔偿原来系统中元件造成过大相位滞后。第10页

频域法校正方法采取无源滞后网络进行串联校正时，主要是利用其高频幅值衰减特征，以降低系统开环幅值穿越频率，提升系统相位裕度。滞后－超前基本原理是利用其超前部分增大系统相位裕度，同时利用其滞后部分来改进系统稳态性能。第11页

14.1控制系统频域分析第12页

14.1.1频率特征及其表示频域法是一个工程上广为采取分析和综合系统间接方法。它是一个图解分析法，所依据是频率特征数学模型，对系统性能如稳定性、快速性和准确性进行分析。频域法因填补了时域法不足、使用方便、适用范围广且数学模型轻易取得而得到了广泛应用。第13页

频率特征曲线表示频率特征曲线有三种表示形式，即：对数坐标图极坐标图对数幅相图第14页

对数坐标图第15页

极坐标图第16页

极坐标图第17页

对数幅相图第18页

14.1.2MATLAB频域分析

相关函数第19页

14.1.2MATLAB频域分析

相关函数第20页

14.1.2MATLAB频域分析

相关函数第21页

14.1.2MATLAB频域分析

相关函数注：上述函数帮助文档导读第22页

14.1.3MATLAB频域分析实例注：演示例1系统开环传递函数为绘制系统Bode图。第23页

14.1.3MATLAB频域分析实例注：演示例2系统开环传递函数为绘制系统Bode图。第24页

14.1.3MATLAB频域分析实例注：演示例3系统开环传递函数为绘制K取不一样值时系统Bode图。第25页

14.1.3MATLAB频域分析实例注：演示例4单位负反馈系统开环传递函数为绘制系统Nyquist曲线。第26页

14.1.3MATLAB频域分析实例注：演示例5对于传递函数观察增加在原点处极点后，极坐标图改变趋势。第27页

14.1.3MATLAB频域分析实例注：演示例6系统开环传递函数为绘制系统Nichols曲线。第28页

14.2基于频域法控制系统稳定性能分析第29页

14.2.1频域法稳定性判定和稳定裕度概述Nyquist稳定判据频域响应分析方法最早应用就是利用开环系统Nyquist图来判定闭环系统稳定性，其理论基础是Nyquist稳定性定理。内容是：假如开环模型含有m个不稳定极点，则单位负反馈下单变量闭环系统稳定充要条件是开环系统Nyquist图逆时针围绕(-1,j0)点m周。第30页

14.2.1频域法稳定性判定和稳定裕度概述关于Nyquist定理深入解释：若系统开环模型为稳定，则当且仅当Nyquist图不包围(-1,j0)点，闭环系统是稳定。假如Nyquist图顺时针包围(-1,j0)点p次，则闭环系统有p个不稳定极点。若系统开环模型不稳定，且有p个不稳定极点，则当且仅当Nyquist图逆时针包围(-1,j0)点p次，闭环系统是稳定。若Nyquist图逆时针包围(-1,j0)点q次，则闭环系统有q－p个不稳定极点。第31页

14.2.1频域法稳定性判定和稳定裕度概述第32页

14.2.1频域法稳定性判定和稳定裕度概述系统相对稳定性判定系统稳定性当然主要，但它不是唯一刻画系统性能准则，因为有系统即使稳定，其动态性能表现为很强振荡，也是没有用途。因为这么系统假如出现小改变就可能使系统不稳定。此时还应该考虑对频率响应裕度定量