自动控制原理-胡寿松-第五章-线性系统的频域分析法ppt课件.ppt

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1、病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程第五章 线性系统的频域分析法频域分析法的由来：工程技术上常采用傅里叶分析法来分析线性系统（信号与系统）。因为任何周期函数都可以展开为含有许多正弦分量或者余弦分量的傅里叶级数；而任何非周期函数都可表示为傅里叶积分，从而可将一个时间域的函数变换为频率域的函数。在我们研究输入为非正弦函数的线性系统时，应用傅里叶级数和傅里叶变换的这个性质，可以通过研究对各种频率正弦波的响应特性来了解系统对非正弦输入的响应特性。自动控制系统的频域分析法就是建立在这个基础上的。参见信号与系统病原体侵入机体，消弱机

2、体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程控制系统的频率特性反映正弦信号作用下正弦信号作用下系统响应的性能，是系统的一种数学模型。应用频率特性来研究线性系统的经典方法称为频域分析法。频域分析法具有以下特点：1.控制系统及其元部件的频率特性可以运用分析法或者实验法获得，并可用多种形式的曲线来表示，因而系统分析和控制器设计可以应用图解法进行。2.频率特性的物理意义明确。频域性能指标和时域性能指标之间有相应的对应关系。3.控制系统的频域设计可以兼顾动态响应和噪声抑制两方面的要求。4.还可以推广到研究某些非线性系统。频域分析法的基本介绍病原体侵入机体，消弱

3、机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程时域分析法与频域分析法比较：时域分析法是分析控制系统的直接方法，比较直观、精确。当往往需要求解复杂的微分方程。频域分析法是一种图解分析法。它依据系统的又一种数学模型频率特性，利用频域指标和时域指标之间的对应关系，间接地揭示系统的暂态特性和稳态特性，简单迅速地判断某些环节或者参数对系统的暂态特性和稳态特性的影响，并能指明改进系统的方向。也是一种工程上常用的方法。复域分析法（根轨迹法），根轨迹法与时域分析法联系较为紧密。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不

4、同程度的病理生理过程本章内容5-1频率特性（数学模型）5-2典型环节与开环系统的频率特性（系统建模）5-3频率域稳定判据（稳定性问题）5-4Matlab在频率响应法中的应用5-5稳定欲度（相对稳定性问题）5-6闭环系统的频率特性5-7频域响应和时域响应之间的关系5-8控制系统频域设计 频域分析法与时域分析法是截然不同的两种分析和设计系统的方法，但频域分析法与时域分析法是截然不同的两种分析和设计系统的方法，但是本质是统一的。是本质是统一的。教材这一章写的？病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程5-1 频率特性1.频域特性的基

5、本概念（这种数学模型是怎样的？）2.频率特性的几何表示（这种数学模型怎样表示？）病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程1.频域特性的基本概念首先以RC滤波网络为例，引出频率特性的基本概念。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程那么该性质是否具有一般性，即能否推广到一般的n阶线性定常系统中？其中，如果该结论成立，我们知道，控制系统中的信号均可以表

6、示为不同频率正弦信号的合成。那么我们将各种不同频率的输入正弦信号对应该线性系统的响应情况都求出来，那么任何一种控制信号对系统的响应就可以通过叠加相应的正弦信号响应而得到。（信号与系统傅里叶变换。）这也是频率分析法的根本思想所在。该结论成立的意义：附录A傅里叶变换和拉普拉斯变换P630病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程那么该性质是否具有一般性，即能否推广到一般的n阶线性定常系统中？其中，证明：证明：病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程对于一般的n阶

7、线性定常系统中，若输入 ，则输出的稳态值为病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程频率特性的定义频率特性的定义对于一般的n阶线性定常系统中，若输入 ，则输出的稳态值为 也就是说，也就是说，对于稳定的线性系统，由谐波输入（正弦输入）产生的稳对于稳定的线性系统，由谐波输入（正弦输入）产生的稳态分量仍然是与输入同频率的谐波函数，只是幅值和相位产生了变化，并态分量仍然是与输入同频率的谐波函数，只是幅值和相位产生了变化，并且这种变化是频率的函数，这个函数与系统数学模型相关。且这种变化是频率的函数，这个函数与系统数学模型相关。（重要概念

8、）（重要概念）病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 获取系统频率特性的途径有两个:1.分析法 当已知系统的传递函数时，用 代入传递函数可得到系统的频率特性G(j)。因此，频率特性是 特定情况下的传递函数。它和传递函数一样，反映了系统的内在联系。这种通过传递函数确定频率特性的方法是求取频率特性的分析法（解析法）。2.实验法 当系统已经建立，尚不知道其内部结构或传递函数时，在系统的输入端输入一正弦信号 ，测出不同频率时系统稳态输出的振幅Y和相移，便可得到它的幅频特性 和相频特性 。这种通过实验确定系统频率特性的方法是求取频率

9、特性的实验法（也叫系统辨识）。系统辨识：由系统的输入与输出确定系统数学模型的方法。曲线拟合病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程P189，图5-35、频率特性一般针对稳定的线性定常系统而言。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程正弦输入稳态误差求法总结：1.定义法，求拉式反变换（不能用终值定理）2.动态误差系数法3.频率响应法用频率特性求取正弦输入稳态误差的方法：病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不

10、同程度的病理生理过程2.频率特性的几何表示法（图示法）（重点）仅从 的表达式中看出的信息不直观，在工程分析和设计中，通常把线性系统的频率特性画成曲线，观察其在不同频率段上的变换，再运用图解法进行研究（包括稳态性能、暂态性能等）。常用的频率特性曲线有三种：（伯德曲线或伯德图，波特图）（尼克尔斯曲线或尼克尔斯图）（极坐标图，奈奎斯特图，奈氏图，幅相曲线）Bode Bode 图是重点，图是重点，NyquistNyquist图次重点。（考试、考研必考）图次重点。（考试、考研必考）本教材，写的跳跃性过大，也太难，建议参考其他作者书。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部

11、位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程频率特性幅频特性相频特性实频特性虚频特性对数幅频特性Remark:给定一个环节或者系统的传递函数 ，可以马上得到：以上特性，在频率特性的几何表示中，经常用到，通常都需要事先计算出来，再绘图。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程例RC网络的奈奎斯特图P190页证明见图5-5（规范）病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的

12、病理生理过程单位：弧度/秒病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程半对数坐标系的优点：半对数坐标系的优点：对数频率特性采用 的对数分度实现了横坐标的非线性压缩，便于在较大频率范围内反映频率特性的变化情况。对数幅频特性采用 则将幅值的乘法运算转化为加减运算，可以简化曲线的绘制过程。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程例RC网络的伯德图病原体侵入机

13、体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程RC网络Nichols图(T=0.5)病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程5-2 典型环节与开环系统的频率特性 设典型的线性系统结构如图所示，闭环系统的很多性能可通过研究开环系统的频率特性来得到。该线性系统的开环传递函数为 ，为了研究开环系统频率特性曲线，本节先研究开环系统典型环节的频率特性，进一步研究开环系统的频率

14、特性。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程本节目录1.典型环节2.最小相位环节的频率特性（Nyquist图与bode图）3.非最小相位环节的频率特性（Nyquist图与bode图）4.系统的开环幅相曲线（Nyquist图）5.系统的开环对数频率特性曲线（bode图）6.传递函数的频域实验确定7.延迟环节和延迟系统重点掌握最小相位情况的各个知识点，非最小相位情况的考试不考，考研可能考。重点掌握最小相位情况的各个知识点，非最小相位情况的考试不考，考研可能考。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一

15、定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程1.典型环节病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2.最小相位环节的频率特性（考试、考研重点，（考试、考研重点，nyquist图与图与bode图必须会画，概率图）图必须会画，概率图）病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程考试的标准画法o比例环节的nyquist图与bode图病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程病原体侵入机体，消弱机体防御机

16、能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程考试的标准画法注意考察几个特殊点注意考察几个特殊点：注意横竖坐标交点处的的横坐标值（如果交点处没标横坐标值，则斜线不到头）注意横竖坐标交点处的的横坐标值（如果交点处没标横坐标值，则斜线不到头）与横轴的交点。与横轴的交点。o积分环节的nyquist图与bode图病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 纯微分环节的Bode图比较交点不标记的情况00病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理

17、生理过程半对数坐标系中的直线方程（重要，bode图解计算时经常用到）其中，和 为直线上的两点，为直线斜率。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程一定在第四象限，相角变化在0度到-90度。病原体侵入机

18、体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程考试的标准画法 惯性环节的误差曲线注意考察几个特殊点注意考察几个特殊点：与转折点与转折点病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程考试的标准画法注意考察几个特殊点注意考察几个特殊点：与转折点与转折点 惯性环节极坐标

19、图o病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程对吗？对吗？也可写为尾一式病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程第四象限第三象限根据实频和虚频确定相角象限的方法（重要）根据实频和虚频确定相角象限的方法（重要）病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 为 的减函数。当 时，谐振峰值

20、。注意：3.有谐振时，2.与虚轴的交点1.（特殊点与趋势）（转折点，是阻尼比的减函数）4.无谐振时病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程对数幅频特性：病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程时，忽略 中的 和二阶振荡环节的折线（渐近线）方程病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程区分谐振峰值和峰值（P80）注意：越小，最小为0，出现的越晚；越大，最大为0.707，出现的越早病原体侵入机

21、体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程比例环节bode 图典型最小相位环节bode图汇总病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程P193图5-11病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生

22、理过程振荡环节与二阶微分环节（折线图怎么画）病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程转折频率？病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程最小相位系统：比例相频不衰减；积分相频衰减-90度一节惯性相频逐步衰减90度二阶振荡相频逐步衰减180度微分相频超前90度一阶微分逐步超前90度二阶微分逐步超前180度病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.非最小相位环节的频率特性注意：运用实频和虚频

23、判断相角象限与教材的非最小相位惯性环节表达式有区别病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程4.系统的概略开环幅相曲线（Nyquist图）（考试、考研必考）1）将开环传递函数表示成若干典型环节的串联形式：2）求系统的频率特性：即概略概略绘制的具体步骤病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3）求4）补充必要的特征点(主要指曲线与负实轴的交点，相交时所

24、对应频率称为穿越频率)。5）根据 的变化趋势确定曲线历经的象限与单调性，画出Nyquist图的大致形状。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程例：例：已知系统的开环传递函数试绘制系统的开环Nyquist图。解：解：1）系统的开环频率特性2）起点和终点3）曲线与实轴的交点。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程例：例：已知系统的开环传递函数试绘制系统的开环Nyquist图并求与实轴的交点。解：解：1）系统的开环频率特性2）起点和终点3）曲线与实轴的交点。

25、相交时，满足解得：舍去（虚频为零）病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程又解得，病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程例：例：已知系统的开环传递函数试绘制系统的开环Nyquist图。解：解：1）系统的开环频率特性2）起点和终点病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程最小相位系统nyquist图的一般形状：（考试、考研时利用此规律作图）考虑如下系统：1）n为分母阶次,m为分子阶次只包含

26、惯性环节的0型系统Nyquist图病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2)3)病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程结论：（最小相位系统）（考试考研的快速作图方法）开环含有v个积分环节系统，Nyquist曲线起自幅角为v90的无穷远处。n=m时，Nyquist曲线起自实轴上的某一有限远点，且止于实轴上的某一有限远点。n m时，Nyquist曲线终点幅值为0，而相角为(nm)90。不含一阶或二阶微分环节的系统，相角滞后量单调增加。含有一阶或二阶微分环节

27、的系统，由于相角非单调变化，Nyquist曲线可能出现凹凸。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程例例5-3 5-3 已知单位反馈系统开环传递函数为试绘制系统概略开环幅相曲线。解解：1）.系统开环频率特性为2）开环幅相曲线的起点：终点：3）与实轴的交点：当时，存在交点。交点为当时 ，交点不存在。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 应该指出，由于开环传递函数具有一阶微分环节，系统开环幅相曲线有凹凸现象，因为绘制的是概略幅相曲线，故这一现象无需准确反映

28、。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程例例5-45-4：已知系统开环传递函数为试概略绘制系统开环幅相曲线。解：解：系统开环频率特性为非最小相位系统非最小相位系统nyquist图绘制举例（考研）图绘制举例（考研）开环幅相曲线的起点幅频：各环节在 时的相频特性范围：开环幅相曲线的终点幅频：因此，开环频率特性的相频范围为：即：（象限判断）病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程与虚轴的交点：令虚部为零，解得病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相

29、对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程5.系统开环对数频率特性曲线（bode图）（考试、考研重点）（考试、考研重点）病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程最小相位系统病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程寻找最小相位系统开环寻找最小相位系统开环Bode图特点图特点（熟记）（熟记）最低频段的斜率取决于积分环节的数目v，斜率为20vdB/dec。注意到最低频段的对数幅频特性可近似为：（会推导）L()=20lgK 20vlg当1rad/s

30、时，L()=20lgK，即最低频段的对数幅频特性或其延长线在1rad/s时的数值等于20lgK。（在1rad/s处，只有比例环节能够提供增益，其它的环节在此处都为0；环节转折频率在1前例外，此时对应低频段的延长线。）如果各环节的对数幅频特性用渐近线表示，则对数幅频特性为一系列折线，折线的转折点为各环节的转折频率。对数幅频特性的渐近线每经过一个转折点，其斜率相应发生变化，斜率变化量由当前转折频率对应的环节决定。对惯性环节，斜率下降20dB/dec；振荡环节，下降40dB/dec；一阶微分环节，上升20dB/dec；二阶微分环节，上升40dB/dec。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环

31、境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程由以上特点，可以总结出绘制最小相位系统由以上特点，可以总结出绘制最小相位系统bodebode图的步骤图的步骤（熟记）（熟记）1）将开环传递函数表示为典型环节的串联：2）确定各环节的转折频率并由小到大标示在对数频率轴上。3）计算20lgK，在1rad/s 处找到纵坐标等于20lgK 的点，过该点作斜率等于-20v dB/dec的直线，向左延长此线至所有环节的转折频率之左，得到最低频段的渐近线。4）向右延长最低频段渐近线，每遇到一转折频率改变一次渐近线斜率。5）对渐近线进行修正以获得准确的幅频特性（主要针对振荡环节和二阶微分环节）。6

32、）相频特性曲线由各环节的相频特性相加获得，计算几个点的值绘出大致曲线。（尾一式）病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程（整理成尾一式）病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且

33、在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程考试标准绘图相频特性bode图在同样的坐标系下绘制一条近似的曲线即可。注意相频的角度范围不要错即可。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程非最小相位系统开环环bode图的绘制（考研）病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程6.传递函数的频域实验确定（系统辨识）可运用频率响应实验确定稳定系统的数学模型。1)频率响应实验 频率响应实验原理图如图所示。首先选择信号源输出的正弦信号的幅值，以使系统处于非饱和状态。在一

34、定频率范围内（感兴趣的范围内），改变输入正弦信号的频率，记录每个频率点处系统输出信号的波形。由稳定段的输入输出信号的幅值比和相位差绘制对数频率特性曲线。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2）传递函数的确定（由Bode图确定传递函数）从低频段起，将实验所得的对数幅频曲线用频率为的直线分段近似，获得对数幅频渐近特性曲线。3）由 反求传递函数实例（适用范围：最小相位系统，考试，考研考试，考研）病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程课外阅读：用matlab

35、中的levy函数曲线拟合得到传递函数的方法。（非常重要）病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程例5-7(考研）图为由频率响应实验获得的某最小相位系统的对数幅频曲线和对数幅频渐近特性曲线，试确定系统传递函数。解：1）（教材P205图为实验曲线拟合效果图。）2）3）求直线方程：4）求病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程作业病原体侵入机体，消弱机体

36、防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程注意：最小相位系统的对数幅频特性和相频特性是一一对应的。最小相位系统的对数幅频特性和相频特性是一一对应的。渐近特性曲线可以确定最小相位系统的传递函数。值得注意的是，实际系统并不都是最小相位系统，而最小相位系统可以和某些非最小相位系统具有相同的对数幅频特性曲线，因此具有非最小相位环节的系统，还需依据相应环节对相频特性的影响并结合实测相频特性予以确定。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程7.延迟环节与延迟系统病原体侵入机体，消弱机体防御机能

37、，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程延迟系统及其开环幅相曲线病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程5-3 频率域稳定判据（考试、考研重点）（考试、考研重点）1.奈奎斯特稳定判据（由奈奎斯特图判断系统稳定性）2.对数频率稳定判据（由伯德图判断系统稳定性）3.条件稳定系统本节目录 控制系统的闭环系统稳定性是系统分析和设计所需要解决的首要问题。奈奎斯特稳定判据和对数频率稳定判据是常用的两种频域稳定判据。频域稳定判据的特点是根据开环系统频率特性曲线判定闭环系统的稳定性。频域判据使用方便，易

38、于推广。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程1.奈奎斯特稳定判据1）辅助函数病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程上式中，s为复变量，以s复平面上的s=+j来表示。F(s)为复变函数，以F(s)复平面上的F(s)=u+j v表示。点映射关系，如左下图所示。s平面与F(s)平面的曲线映射关系，如右下图所示。点映射关系s平面与F(s)平面的映射关系2）幅角原理复变函数中的幅角原理是 奈奎斯特判据的数学基础。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境

39、的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程如果在s平面上任取一条封闭曲线 ，且要求曲线满足下列条件:(a)曲线不通过F(s)的奇点（即F(s)的零点和极点）；(b)曲线 包围F(s)的Z个零点和P个极点。s平面上的封闭曲线 如下图所示。复变函数F(s)，当s1（封闭曲线 上任一点）沿闭合曲线 顺时针转动一圈时，其矢量总的相角增量 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程式中，P和Z分别是被封闭曲

40、线 包围的特征方程函数 的极点数和零点数。表明，当s平面上的试验点 沿封闭曲线 顺时针方向绕行一圈时，F（s）平面上对应的封闭曲线将按逆时针方向包围坐标原（P-Z）圈。令R为F(s)平面上封闭曲线包围原点的圈数，则 R=P-Z病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程幅角原理总结：F(s)包围原点的圈数=内F(s)极点数-内F(s)零点数病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程F(s)包围原点的圈数=内系统开环传递函数极点数-内系统闭环传递函数极点数内系统闭

41、环传递函数极点数=内系统开环传递函数极点数-F(s)包围原点的圈数奈奎斯特稳定判据的思路来源：奈奎斯特稳定判据的思路来源：恰当的选择 ，使得 包围整个S右半平面，则根据 包围原点的圈数和已知的开环传递函数在右半平面的数目，可以判断系统闭环传递函数在右半平面的数目，进而可以判断系统的稳定性。F(s)包围原点的圈数=内F(s)极点数-内F(s)零点数选择时 ，分了三种情况0型系统非0型系统临界稳定系统病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3)奈奎斯特稳定判据A.（P为右半平面系统的开环极点数目）(0型系统)病原体侵入机体，消弱

42、机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程abc（原点或者某常值点）病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程课后练习5-14（最小相位）在左图，当S沿着 顺转一周时，对应于 ，此时，线围绕着-1点顺时针转了2圈。而系统不存在右半平面的开环极点，所以 ，所以系统不稳定。并且存在Z=P-R=0-（-2）=2个S右半平面的闭环极点。由对称性可以简化绘图，只需做出的一半的曲线 ，即Nyquist图即可，如右图。但是 线围绕着-1点转的圈数，应该乘以2再与右半平面的开环极点数作比较。病原

43、体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程注：利用半闭合曲线 计算闭合曲线 包围原点圈数R的方法。根据半闭合曲线 可获得 包围原点的圈数 。设 为穿越点 左侧负实轴的次数，表示正穿越的次数和（从上向下穿越），表示负穿越的次数和（从下向上穿越），则此题中，病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程考试、考研标准答题格式闭环系统不稳定，具有两个右半平面的极点。系统开环右半平面的极点为0，所以P=0（关键）思考，此题用劳斯判据怎么做？病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破

44、坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程例例在右半平面的极点数为P=1。当K1时，R=2N=1=P系统稳定;当K0的部分；单位圆内部的Nyquist曲线对应L()0的所有频率范围内的对数相频特性曲线与180线的穿越点。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程Nyquist图中的正穿越对应于对数相频特性曲线当增大时从下向上穿越180线(相角滞后减小)；负穿越对应于对数相频特性曲线当增大时，从上向下穿越180线(相角滞后增大)。（两图中穿越方向的定义正好反向）Nyquist曲线的辅助线（增补线）

45、反映在对数相频特性曲线上。即将对数相频特性曲线的起始点与+v 90线相连(v 为开环积分环节的数目)。有了以上奈奎斯特图和bode图的对应关系，可以很快得到利用bode图判断闭环系统稳定性的方法，即对数频率特性稳定判据。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2）对数频率特性稳定判据）对数频率特性稳定判据 若系统开环传递函数存在 个位于右半s平面的特征根，则当在 的所有频率范围内，对数相频特性曲线 (含辅助线)与-180线的正负穿越次数之差等于 时，系统闭环稳定，否则，闭环不稳定。闭环系统右半平面的极点数为例：例：系统开环B

46、ode图如下，判断系统闭环是否稳定。解：解：闭环系统稳定（考试重点）病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程Nyquist稳定判据和Bode稳定判据中，区别的穿越方向。相角变化本质是一致的。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程例5-10（最小相位与非最小相位的问题）病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.条件稳定系统例5-8这种闭环稳定有条件的系统称为条件稳定系统。无论开环传递函

47、数的系数怎么变化，系统总是闭环不稳定的，这样的系统为结构不稳定系统。若为最小相位，怎么用奈奎斯特图判断该系统的稳定性?怎么用劳斯判据判断该系统的稳定性？怎么用根轨迹判断该系统的稳定性？病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程Matlab:G=tf(1,1 1 0 0);rlocus(G)病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程Bode图图调用格式mag,phase,=bode(num,dne,)式中G(s)=num/den,频率自动选择范围从=0.1到=1

48、000rad/sec若人为选择频率范围,可应用logspace函数调用格式：=logspace(a,b,n)采用自动频率范围,上述MATLAB命令可简化为bode(num,den)margin命令也可以绘制伯德图，并直接得出幅值裕度、相角裕度及其对应的截止频率、穿越频率。margin(sys)Nyquist图图调用格式re,im,=nyquist(num,den,)式中G(s)=num/den；用户提供的频率范围；re极坐标的实部；im极坐标的虚部若用户不指定频率范围，则为Nyquist(num,den)5-4 Matlab在频域响应法中的应用病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的

49、相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 Nichols图图调用格式mag,phase,=nichols(num,den,)注意使用上述调用函数时，必须与plot函数配合使用才能产生nichols图直接绘出nichols图，可略去上述格式等号左边部分，直接调用nichols函数，也可调用ngrid函数绘出nichols线图病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程例：已知单位负反馈系统的开环传递函数为试绘制其伯德图，尼克尔斯图和奈奎斯特图，并判别闭环系统的稳定性。解：matlab程序：G=tf(128064

50、0,124.21604.81320.2416);figure(1)bode(G)figure(2)margin(G)figure(3)nyquist(G);axisequalfigure(4)nichols(G)axis(-2700-4040);ngrid病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程病原体侵入机体