第5章 频域特性法PPT讲稿.ppt
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1、第5章 频域特性法第1页,共83页,编辑于2022年,星期一第五章 频域特性法频率特性法是一种图解的方法,通过频率特性来分析系统的性能。频率特性具有明确的物理意义,频率特性反映了不同频率下电路传递正弦信号的性能。可用实验的方法来确定频率特性法主要通过系统开环频率特性的图形来分析闭环系统的性能,因而可避免复杂的求解运算频率特性法不仅适用于线性定常系统,而且还适用于传递函数不是有理分式的纯滞后环节以及部分非线性环节的分析。第2页,共83页,编辑于2022年,星期一1 频率特性的定义RUIU0C一频率特性a.RC网络1.频率特性的基本概念第3页,共83页,编辑于2022年,星期一第4页,共83页,编
2、辑于2022年,星期一第5页,共83页,编辑于2022年,星期一第6页,共83页,编辑于2022年,星期一频率特性基本概念第7页,共83页,编辑于2022年,星期一第8页,共83页,编辑于2022年,星期一微分方程频率特性传递函数系统第9页,共83页,编辑于2022年,星期一频率特性的几何表示法(一)1、幅相频率特性以 为变量将幅频特性和相频特性同时表示在复平面上,幅相频率特性曲线又称奈奎斯特曲线,简称奈氏图,也称极坐标图。第10页,共83页,编辑于2022年,星期一ImRe第11页,共83页,编辑于2022年,星期一绘制系统的幅相频率特性第12页,共83页,编辑于2022年,星期一2.对数频
3、率特性图(Bode图)是将频率特性表示在对数坐标中,分别用两张图表示.1)幅频特性的对数值 常用分贝(dB)表示。如A()=10,L()=20lgA()dB即A()每变化10倍,L()变化20dB.横坐标为角频率,采用对数比例尺标度,每变化10倍,横坐标就增加一个长度。纵坐标采用普通比例尺标度2)相频特性横坐标仍采用对数比例尺标度。纵坐标采用普通比例尺标度。第13页,共83页,编辑于2022年,星期一对数频率特性图绘制系统的伯德图第14页,共83页,编辑于2022年,星期一2 典型环节的频率响应典型环节的频率响应一、典型环节的频率特性一、典型环节的频率特性第15页,共83页,编辑于2022年,
4、星期一 H=tf(2,1);figure;nyquist(H)figure bode(H)第16页,共83页,编辑于2022年,星期一 H=tf(1,1,0);figure;nyquist(H)figure bode(H)第17页,共83页,编辑于2022年,星期一 H=tf(1 0,1);figure;nyquist(H)figure bode(H)第18页,共83页,编辑于2022年,星期一 H=tf(1,1 1);figure;nyquist(H)figure bode(H)第19页,共83页,编辑于2022年,星期一转折频率:在惯性环节中第20页,共83页,编辑于2022年,星期一 H
5、=tf(1 1,1);figure;nyquist(H)figure bode(H)第21页,共83页,编辑于2022年,星期一第22页,共83页,编辑于2022年,星期一第23页,共83页,编辑于2022年,星期一振荡环节的伯德图与奈氏图 H=tf(1,1,1,1);figure;nyquist(H)figure bode(H)第24页,共83页,编辑于2022年,星期一(1,j0)第25页,共83页,编辑于2022年,星期一二阶微分环节的伯德图与奈氏图 H=tf(1,1,1,1);figure;nyquist(H)figure bode(H)第26页,共83页,编辑于2022年,星期一=0
6、ReIm0(-1,j0)典型环节频率特性第27页,共83页,编辑于2022年,星期一二、控制系统开环频率特性W=0W=A()()A()()0型系统K000-(n-m)*9001型系统-9000-(n-m)*9002型系统-18000-(n-m)*9001、系统开环幅相频率特性曲线(极坐标图)幅相曲线的绘制一 幅相曲线的绘制二第28页,共83页,编辑于2022年,星期一Re-(kT,j0)Im0举例第29页,共83页,编辑于2022年,星期一第30页,共83页,编辑于2022年,星期一ReK(T1-T2)Im第31页,共83页,编辑于2022年,星期一2、系统开环对数频率特性曲线(伯德图)绘制系
7、统开环对数频率特性曲线的一般步骤:(1)将开环传递函数写出典型环节乘积的形式;(2)画出各环节的伯德图;(3)将各环节的对数幅频曲线及相频曲线叠加;第32页,共83页,编辑于2022年,星期一伯德图的绘制第33页,共83页,编辑于2022年,星期一第34页,共83页,编辑于2022年,星期一开环系统的伯德图实际作图简化步骤如下 将开环传递函数标准化;绘制开环对数幅频曲线的渐近线。低频段的斜率为 渐近线由若干条分段直线所组成 在处,2 从低频渐进线开始,每遇到一个转折频率,就改变一次分段直线的斜率;因子的转折频率,当时,分段直线斜率的变化量为 因子的转折频率,当分段直线斜率的变化量为 时,确定各
8、环节转折频率,且按由小到大依次标在频率轴上 1 作低频渐进线;第35页,共83页,编辑于2022年,星期一作出以分段直线表示的渐近线后,如果需要,再按典型因子的误差曲线对相应的分段直线进行修正 作相频特性曲线。根据表达式,在低频中频和高频区域中各选择若干个频率进行计算,然后连成曲线 第36页,共83页,编辑于2022年,星期一第37页,共83页,编辑于2022年,星期一第38页,共83页,编辑于2022年,星期一3 用实验法确定系统的传递函数用实验法确定系统的传递函数工程中用实验方法确定传递函数可分为两步完成(1)通过实验测得系统的频率特性,画出系统的伯德图;(2)根据伯德图确定系统的传递函数
9、一、用实验的方法确定系统的伯德图一、用实验的方法确定系统的伯德图(1)在规定的频率范围内,给系统施加不同频率的正弦信号,测出系统的稳态输出幅值和相位值,画出系统的伯德图;(2)用斜率为0dB/dec、20dB/dec、40dB/dec等的直线近似被测对数幅频曲线,得到对数幅频曲线的渐进线;第39页,共83页,编辑于2022年,星期一二、根据伯德图确定传递函数二、根据伯德图确定传递函数基本思路:(1)假设系统为最小相位系统,根据得到的对数幅频曲线的渐近线,确定转折频率和相应的时间常数,写出传递函数的表达式;(2)根据传递函数写出相频特性的表达式,做出相频特性曲线。如与实测相频特性曲线吻合好,且高
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