《自动控制原理 教学课件 ppt 作者 任彦硕 主编 第5章 频域分析法》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自动控制原理 教学课件 ppt 作者 任彦硕 主编 第5章 频域分析法（52页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第五章 频域分析法 第一节 频率特性,一般地，闭环传递函数具有如下的形式,闭环系统的频率特性是其传递函数用 替代s的结果。即有,系统的频率特性改变时传递函数也随之而变，反之亦然。,第二节 频率特性曲线 一、坐标系,a) 极坐标系 b)直角坐标系 c) 重叠的极坐标与直角坐标系,从横坐标的分度来看，低频段分度精细，中频段适度，高频段粗略。,二、典型环节的频率特性,1、比例环节的频率特性,2、积分环节（1/s）的频率特性,对数幅频特性为20lgK,、半对数相频特性为0 。,4、一阶惯性环节的频率特性,3、微分环节（s）的频率特性,低频渐近线为,高频渐近线为,5、二阶振荡环节 的频率特性,低频渐近线
2、为,高频渐近线为,6、延时环节 （ ）的频率特性,三、控制系统的开环幅相频率特性,1、0型系统的开环频率特性,2、I 型系统的开环幅相频率特性,对于 系统，曲线以 方向进入原点。,3、型系统的开环幅相频率特性,四、最小相位系统与非最小相位系统,例51,试分析开环传递函数为 的控制系统开环频率特性,奈氏曲线低频段和高频段的走势。,解,非最小相位系统奈氏图,当 时， 时，,第三节 奈奎斯特稳定判据及稳定裕度,一、奈氏判据的理论基础,二、奈奎斯特稳定判据一,1、S平面的虚轴上(包括坐标原点)不存在开环极点和闭环极点的情况。,例52,设某控制系统的开环传递函数为,试用奈氏稳定判据判别闭环系统的稳定性。
3、,解,例53,设某控制系统的开环传递函数为,试用奈氏稳定判据判别稳定性。,解,例54,设某控制系统的开环传递函数为,试用奈氏稳定判据判别闭环系统的稳定性。,解,2、S平面虚轴上有开环极点（含坐标原点），但没有闭环极点的情况,1) I型系统,2）型系统,例55,设某控制系统的开环传递函数为,试用奈氏稳定判据判别闭环系统的稳定性。,解,例56,某控制系统的开环传递函数为,试用奈氏稳定判据判别闭环系统的稳定性。,解,三、奈奎斯特稳定判据二,四、稳定裕度,1、幅值裕度,2、相位裕度,五、具有延时环节控制系统的稳定性分析,例57,某控制系统的开环传递函数为,试绘制分别取0、2、4的奈氏曲线，并分析闭环系
4、统的稳定性。,解,第四节 用开环对数频率特性分析系统的性能 一、系统开环频率特性的伯德图,例58,某控制系统的开环传递函数为 试绘制系统的伯德图。,解,二、利用开环对数频率特性计算闭环系统稳态误差,1、0型系统的稳态误差,2、I型系统的稳态误差,3、型系统的稳态误差,三、伯德图上的稳定裕度及伯德定理 1、伯德图上的稳定裕度,2、伯德定理,四、开环对数频率特性与时域指标的关系,1、二阶系统超调量、调节时间与相位裕度的关系,2、高阶系统超调量、调节时间与相位裕度的关系,高阶系统的开环频域指标与时域指标之间没有精确的关系式，一般可由如下,的近似关系式表达，即,式中,五、开环对数幅频特性高频段对抑制噪
5、声的作用,六、对数频率特性奈氏稳定判据,负穿越：,正穿越：,第五节 用闭环频率特性分析控制系统的性能 一、闭环频率特性,二、闭环频域指标与时域指标的关系,1、二阶系统闭环频域指标与时域指标的关系,2、高阶系统,三、闭环频域指标与开环频域指标的关系,1、 与的关系,2、带宽频率 与穿越频率 的关系,对于二阶系统 ，比值是的函数。,例如， 时， 时， 。,对于高阶系统，可用 来估算带宽频率，实际值可在闭环幅频特性,上求得。,第六节 实验法建立数学模型,例59,实验测得某系统的伯德图如图所示，试确定该系统的开环传递函数。,解,第七节 应用MATLAB绘制频率特性曲线,一、绘制奈氏曲线,MATLAB环
6、境下绘制开环幅相频率特性可由nyquist(g)函数命令完成。其中g为MATLAB认可的开环传递函数。,例510 给定控制系统的开环传递函数为，,试用MATLAB命令绘制该系统的奈氏曲线。,解 MATLAB环境下输入如下文本： num=500； den= conv(1,1,conv(1,2,1,3)； g=tf(num, den) nyquist(g),二、绘制伯德图,绘制伯德图的函数命令为bode(g)。其中g为开环传递函数。 例511 设控制系统的开环传递函数为,试绘制该系统的伯德图。,解 在MATLAB环境下输入如下文本： g=tf(2,conv(1,1,1,2,0) bode(g),三、绘制闭环幅频特性和相频特性,例512 设控制系统的闭环传递函数为,试绘制该系统的闭环幅频特性和相频特性曲线。,解 在MATLAB环境下输入如下文本： g=tf(2,2,1,5,3,2) ；bode(g),
