第五章线性系统的频域分析法.pptVIP

1. 正确理解频率特性的概念。 2. 熟练掌握典型环节的频率特性，熟记其幅相特性曲线及对数频率特性曲线。 3. 熟练掌握由系统开环传递函数绘制系统的开环对数幅频渐近特性曲线及开环对数相频曲线的方法。 4. 熟练掌握由具有最小相位性质的系统开环对数幅频特性曲线求开环传递函数的方法。 5. 熟练掌握奈奎斯特稳定判据和对数频率稳定判据及其它们的应用。 6. 熟练掌握稳定裕度的概念及计算稳定裕度的方法。 7. 理解闭环频率特性的特征量与控制系统阶跃响应的定性关系。 8. 理解开环对数频率特性与系统性能的关系及三频段的概念，会用三频段的分析方法对系统进行分析与比较。 5.1 频率响应特性 (frequency response) 思考 对一般的线性定常系统，它稳定或不稳定，频率特性的定义同上。 3、对数幅相频率图（Nichols图） 二、积分环节的频率特性 三、理想微分环节 五、一阶微分环节 六、振荡环节的频率特性 注意总结 典型环节频率特性的对称性！ 9、不稳定环节的频率特性 5.3 系统开环幅相频率特性的绘制 开环频率特性的三个重要因素 1、开环幅相曲线的起点和终点 2、开环幅相曲线与实轴的交点 3、开环幅相曲线的变化（象限，单调性） 将开环传递函数写成按典型环节分解的形式 1、起点、终点 起点 开环幅相曲线的起点，取决于K, 终点 根据这些总结，可以迅速判断系统参数情况 2、与实轴交点 设 例1 例2 3、若开环系统存在等幅振荡环节，重数l为正整数，即开环传递函数具有下述形式 例4 系统开环对数幅频特性和相频特性等于各环节频率特性曲线在纵轴上相加。 开环对数幅频特性渐近线的绘制 1、将开环传递函数写成按典型环节分解的形式 （时间常数形式） 3、低频段渐近特性线 系统开环对数幅频特性 通过0分贝线时的频率称为截止频率，记作 ， 截止频率处的相角记作 4、在低频段幅频特性的基础上，每遇到一个转折频率就改变一次斜率。 当遇到的转折频率对应为一阶微分环节 时，斜率变化 ； 当遇到一阶惯性环节时，斜率变化 ； 当遇到二阶振荡环节时，斜率变化 ； 当遇到二阶微分环节时，斜率变化 。 开环对数相频特性曲线的绘制 绘出各分量的相频特性然后叠加求出整个相频曲线，但实际绘制时，往往是分析 的特点作出若干典型的点，然后光滑连接这些点即可。 例：已知系统开环传递函数为 试绘制开环对数幅频渐近特性曲线 具有相同参数的最小相位系统、非最小相位系统的Bode图相同 单位反馈系统（最小相位系统）开环传递函数的对数幅频特性曲线如图所示。写出系统的开环传递函数。 5.5 频率域稳定判据 根据半闭合曲线 ，可获得 包围原点的圈数R。 即，反馈控制系统闭环极点在s右半平面的个数 1、若G(s)H(s)无虚轴上极点 在 时，对应开环幅相曲线； 在 时，对应原点（ 时） 或 点（n=m 时） 终点 2、若G(s)H(s)有虚轴上极点 当开环系统含有积分环节时，设 开环系统含有积分环节时 对数稳定性判据 极坐标图中实轴上的 正穿越方向： 具有传输延迟系统的稳定性问题 条件稳定系统和结构不稳定系统 对于条件稳定系统，当输入信号过大时，往往会出现不稳定现象，这是由于输入信号过大会引起系统元部件进入饱和状态，导致系统开环放大倍数的下降。显然，在实际系统设计中应避免这种情况的发生。 5.6 控制系统的稳定裕度 临界稳定的特点 实际上，控制对象的结构和参数总存在某种程度的不确定性，它们还会随时间和运行环境的不同而发生变化。在这种情况下，要使控制系统的稳定性得以维持，系统设计就必须满足一定的稳定裕度的要求，满足一定的稳定裕度也是控制系统具有优良动态响应特性的自然要求。 相角裕度 （phase margin） 幅值裕度 （gain margin） 相角裕度 幅值裕度 幅值裕度 例：已知单位负反馈系统的开环传递函数为 试求使系统的幅值裕度为20dB的K值 5.7 闭环系统的频域