当前位置：文档之家 › 开环幅相曲线绘制_图文.ppt

开环幅相曲线绘制_图文.ppt

  • 格式：ppt
  • 大小：900.50 KB
  • 文档页数：3

下载文档原格式

  / 3

合集下载

5.3.15.2.2开环幅相特性曲线学习资料

5.3.15.2.2开环幅相特性曲线学习资料

j
1)
2 (1
k
0.25 2 )(1 2 ) [(1
2.5 2 )
j(0.5 2 )]
Im[ GK ( j)] 0.5 2
0
，求得
2 x
0.5 ，因此求得幅相曲线与实轴得交点为：Re[GK ( jx )] 2.67k
概略幅相曲线见右图：
入坐标原点；
n m 2 时， G( j) 0 180 0 ，Nyquist图从负实轴的方向进
入坐标原点；
n m 3时， G( j) 0 270 0 ，Nyquist图从正虚轴的方向进
入坐标原点。
图2
3）穿越实轴的位置。
令频率特性 G( j) 的虚部为零，即 Im[G( j)] 0 ，并求得相应的频率 x ，然后将此频率 x 代入 频率特性G( j) 的实部，则 Re[G( jx )] 就是Nyquist图与实轴的交点。
图1
5.2.2 开环幅相特性曲线
三要素
2）终点确定。
Nyquist图的终点是 时 G( j) 在复平面上的位置。
G(
j)
b0 s m a0 s n
b1sm1 a1sn1
... ...
bm1s an1s
bm an
b0 a0
(
1 j)nm
b0 / a0 ( j)nm
(3)
n m 1时， G( j) 0 900 ，Nyquist图从负虚轴的方向进
1）起点确定。
Nyquist图的起点是 0 时 G( j0 ) 在复平面上
的位置。
G(
j0 )
(
K
j)
G0 (
j)
0
(
K
j)
(2)

开环概略幅相曲线的绘制规律

开环概略幅相曲线的绘制规律

5
开环幅相曲线绘制
例： 设系统开环传递函数为
K G( s ) H ( s ) s(T1 s 1)(T2 s 1) K , T1 , T2 0
试概略绘制系统的开环幅相曲线。
解： 系统开环频率特性
K (T1 T2 ) jK (1 T1T2 2 ) G( j ) H ( j ) 2 2 2 2 (1 T1 )(1 T2 ) (1 T12 2 )(1 T22 2 )
19
开环概略幅相曲线的绘制规律
开环幅相曲线的终点，取决于开环传递 函数分子、分母多项式中最小相位环节 和非最小相位环节的阶次之和。 设系统开环传递函数的分子、分母 多项式的阶次分别为m和n，除K外，记 分子、多项式中最小相位环节的阶次和 为m1 ，最小相位环节的阶次和为m2 ，分 母多项式中最小相位环节的阶次和为n1 ， 非最小相位环节的阶次和为n2 。
试概略绘制系统的开环幅相曲线。
o A ( 0 ) K , ( 0 ) 0 解： 起点： o A ( ) 0 , ( ) 180 终点：
4
开环幅相曲线绘制
系统开环频率特性：
K (1 T1T2 2 ) jK (T1 T2 ) G( j ) 2 2 2 2 (1 T1 )(1 T2 ) (1 T12 2 )(1 T22 2 )
24
开环对数频率特性曲线绘制步骤
（4）过A点做斜率为-20ν dB/dec的直 线，ν 为积分环节的个数，直到第一 个交接频率ω 1 ，如果ω 1 <1，则其 低频渐近线的延长线经过A点。
（5）以后每遇到一个交接频率，渐近 线的斜率就改变一次。
25
开环对数频率特性曲线绘制步骤

开环幅相曲线绘制

开环幅相曲线绘制

由此可见，若包含 n 个惯性环节，则有
G( j ) 0 n 90o
2019/2/3 Automatic Control Theory 6
由此可见，若包含 n 个惯性环节，

o
P(0) K
m个一阶微分环节，则有
0
n2 n4 n3
G( j ) (m n) 90
K (T1 ) 2 1 (T2 ) 2 1
2
G( j ) ( ) tg 1 T1 tg 1 T2
实部与虚部
P( ) K (1 T1T2 ) /(1 T1 )(1 T2 2 )
2 2
2
Q( ) K (T1 T2 ) /(1 T1 )(1 T2 2 )
（3）在交接频率处，曲线斜率发生改变，改变的多少取决于典 型环节的类型。
2019/2/3
Automatic Control Theory
3、开环幅相曲线绘制
开环幅相曲线绘制方法：
（1）由开环零点-极点分布图，用图解计算法绘制； （2）由开环幅频特性和相频特性表达式，用计算法绘制。 （3）由开环频率特性的实部和虚部表达式，用计算法绘制。
概略地绘制幅相曲线的方法
例1 设 RC超前网络，其传递函数
G( s) R Ts R (1 / Cs ) Ts 1 T RC
40
L( )
16.9dB
对数幅频特性曲线分析： （1）低频段斜率为-20db/dec，
20 0 0.1 20
40
1
10
100

斜率由积分个数所决定。
（2） 1 ，曲线的分贝值为 20 logK, 左端直线与零分贝线的 交点频率为K值。 （3）在惯性环节交接频率 11.5(rad/sec)处，斜率从 -20db/dec 变为 -40db/dec。

5.3 开环频率特性曲线的绘制

5.3 开环频率特性曲线的绘制

2 2
2
（5）幅相频率曲线（: 0 ） 的大致走向： A 、在第3、2象限。 B、 = 0 时，以x = -3为渐近 线，且
G( j) , G( j) 90
C、当 = 1 时，幅相频率曲 线在 x = -2从第 3 象限穿过 负实轴进入第2象限。
解：G( j0 ) 180o
【例5-3】绘制如下非最小相位开环传递函数的幅相频率 特性曲线。
2s 1 G( s) s( s 1)
（1）频率特性的数学表达
1 j 2 3 j (1 2 2 ) G( j ) j (1 j ) (1 2 )
（2） 0 点和 点处的幅相值
振荡环节
2 1 1 j 2 4 20 20
G ( j )
0
360
B、画出各环节的相角粗略图
C、在若干频率点处，求各环节相角和。 D、光滑连接各“相角和”点，得到粗略相角频率曲线
G( jw)
10( j

2
1)
交接频率 惯性环节 非最小相位一阶微分环节
其后斜率变化 - 20 dB/dec + 20 dB/dec
振荡环节
最小交接频率为
min 1
1 1 2 2 3 20
- 40 dB/dec
（3） min 时的低频渐近线位置参数的确定
1 1 j 1 j
(1 j 2 )
0
90
90
0
90
90
G ( j )
（4）与实轴的交点
令
90
得
270
1 2 0

开环幅相曲线绘制

开环幅相曲线绘制

（3）在交接频率处，曲线斜率发生改变，改变的多少取决于典 型环节的类型。
2 1 T1 2 2 1 T2 2 2 ( ) 180 arctgT 1 arctgT 2
2019/3/29 Automatic Control Theory

K
e j ( )
10
j Im
起点与终点：
0
Re 0
G( j 0 ) 180o , G( j) 0 360o
0
2019/3/29
P(0 ) V x K (T1 T2 T3 )
Automatic Control Theory 9
令
Q( ) 0 , x 1 / T1T2 T2T3 T3T1
K (T1 T2 T3 ) x 2T1T2T3
K K
, 1 / s , 1 /(Ts 1) , 1 / j , 1 /( jT 1)
绘制典型环节Bode图的数据： 20 log K 20 log7 16.9 (dB)
转折频率
2019/3/29
1 / T 1 / 0.087 11.5 (rad / s)
16
Automatic Control Theory
在 n 附近,相角突变
-180o，幅相曲线在 n 处出现了不连续


n
0

n
2019/3/29
Automatic Control Theory
14
4、开环对数频率特性曲线的绘制 设传递函数 G ( s) 由n个典型环节串联组成，n个典型积分环节分 别以 G1 ( s), G 2 ( s), , G n ( s) 表示，则有

自动控制原理02开环幅相曲线、频域判据、闭环指标

自动控制原理02开环幅相曲线、频域判据、闭环指标

代入 Re[G( j )] ，得：
10 Re[G( j)] 3
5.3.1 开环幅相曲线的绘制方法
最小相位系统的起点与终点：
G( j 0 )
{
K0， 0
( 900 )， 0
K *，n m
G( j)
{
0(n m)(900 )，n m
5.3.2 频率稳定判据
G( j 0 ) (90 ) G( j) 03(900 )
0
K s (T1s 1)(T2 s 1)
Im
Re

0
5.3.2 频率稳定判据
与坐标轴的交点
K [(T1 T2 ) j (1 T1T2 2 )] K G( j ) j ( jT1 1)( jT2 1) (1 2T12 )(1 2T2 2 )
5.3 开环幅相曲线与频域稳定判据
5.3.1 开环幅相曲线的绘制方法
绘制概略开环幅相曲线的步骤：
（1）求取系统的开环频率特性函数
（2）确定开环幅相曲线的起点和终点； （3）确定开环幅相曲线与实轴的交点； （4）勾画出大致曲线。 所用知识：复数的运算
5.3.1 开环幅相曲线的绘制方法
例5-3 已知系统的开环传递函数为 ： G ( s ) 试绘制系统的开环幅相曲线
正穿越：开环幅相曲线从 上往下穿越实轴的 (1,) 区段（幅角增加） 负穿越：开环幅相曲线从 下往上穿越实轴的 (1,) 区段（幅角减小）
Nyquist图 以原点为圆心的单位圆 单位圆内 单位圆外 负实轴
Bode图 0dB线
L ( ) 0 的区段 L( ) 0 的区段
( ) 从下向上穿越 线 正穿越：从上往下穿越实轴 (1,) 区段 正穿越：在 L() 0 区段内， ( ) 从上向下穿越 线 负穿越：从下往上穿越实轴(1,) 区段 正穿越：在 L() 0 区段内，

线性系统的频域分析方法教学课件PPT开环频率曲线的绘制


h
7
二、开环幅相曲线的绘制（1）
绘制方法 （1）起点 0 和终点 ； （2）与实轴的交点 ( x , 0 ) ; 穿越频率: x
（3）变化范围（象限和单调性）。
Im [G (j x)H (j x)] 0 (x ) G ( jx ) H ( jx ) k ;k 0 , 1 , 2 ,
G( jx )H( jx ) K
25.11.2020
h
12
二、开环幅相曲线的绘制（5）
例5.设系统开环传递函数为
试绘制系统开环概G 略(s)幅H (相s)曲s 线(T s 。 1 )(K s2 n 2 1 ); K ,T0
解:
起点： G (j0 )H (j0 ) 9 0 终点： G (j )H (j )0 3 6 0
h
2
10
二、开环幅相曲线的绘制（4）
例3 已知单位反馈系统开环传递函数为
G (s ) K (s 1 ) ; s (T 1 s 1 )(T 2 s 1 )
K ,T 1 ,T 2 , 0
试绘制系统概略开环幅相曲线。
解：起点： Gj090
终点：
Gj0180
25.11.202曲线的绘制（5）
25.11.2020
h
3
一、典型环节及其频率特性（2）
非最小相位系统环节 1）比例环节 K (K0) 2）惯性环节 1/(1 T s) (T0 )
3）一阶微分环节 1Ts (T0)
4）振荡环节 1 /( s 2 /n 2 2 s /n 1 )(n 0 ,0 1 )
5）二阶微分环节 s 2 /n 2 2 s /n 1(n 0 ,0 1 )
第五章 线性系统的频域分析法
5－1 引言 5－2 频率特性 5－3 开环频率特性曲线的绘制 5－4 频域稳定判据 5－5 稳定裕度 5－6 闭环系统的频域性能指标

4-2开环频率曲线(代课)


（2）幅频特性 相频特性
G ( j ) H ( j ) k 1
2

1
2T12 1

1
2T22 1
G ( j ) H ( j ) 180 arctgT1 arctgT2
（3）起点、终点、交点
当＝0时 ， 开 ( j 0) , G开 ( j 0) 1800 G 当＝时 ， 开 ( j ) 0, G开 ( j ) 3600 G
Im
幅相曲线的起点： （系统型别影响起点） • 若系统不含有积分环节，起 点为（K,0）。 • 若系统含有积分环节，曲线 起点为无穷远处，相角为 v×(-900)，其中v积分环节个 数。
2
0
Re
1
图4-17 开环幅相曲线起点
开环系统的幅相曲线
幅相曲线的终点： （传函分子分母阶次影响终点） •一般，系统开环传递函数分母的阶 Im 次n总是大于或等于分子的阶次m， n>m 时 , 终 点 在 原 点 ， 且 以 角 度 n-m=3 n-m=2 n-m=0 (n-m)*（-900）进入原点； Re •n=m时，曲线终止于正实轴上某点， 该点距原点的距离与各环节的时间常 n-m=1 数及开环增益k等参数有关。 • 起点和终点的范围：画图时要确定是在 图4-17 开环幅相曲线终点 实轴上方或下方，虚轴左边或右边，这 时只要取一个ω 代入计算就可确定符号。
-20-40-20+20
3
练习
已知系统的开环传递函数为
KV G( s) H ( s) (0 1) 2 2 s(T s 2Ts 1)
试绘制该系统开环频率特性的极坐标图和伯德图。
解: 系统的开环传递函数可写成
1 1 G ( s ) H ( s ) KV 2 2 s T s 2Ts 1

自动控制_05c开环频率特性曲线的绘制


K (1 T1T2 2 ) Q( ) (1 T12 2 )(1 T22 2 )
而 A( ) K
1
1 T
2 1
2

1 1 T
2 2 2
( ) 90 arctanT1 arctanT2 ,
当ω＝0时 P(0) K (T1 T2 ),Q() , A(0) , (0) 90 表 明低频率段的渐近线是一条过实轴－K(T1+T2)点且平行于 虚轴的直线。 当ω→∞时 P() 0, Q() 0, A() 0, () 90 90 90 270 可见，此时高频段是以－270°作为极限角而卷入坐标原点 的。
设系统开环传递函数 G ( s ) 中含有V个积分环节，其相应 的频率特性为 m1 m2 2 2 ( 1 j ) [ ( j ) 2 k k ( j ) 1] i k K i 1 k 1 G ( j ) n1 n2 v ( j ) (1 jT j ) [Tl 2 ( j ) 2 2 lTl ( j ) 1]
图5-26 例5-2系统的幅相频率特性
在绘制系统的开环极坐标时，应注意曲线所具 有的一些特征。例如：当ω→0时低频段曲线从何 处出发？而当 ω→∞时的高频段特性曲线以什么姿 态卷向原点？曲线在ω值为多大时跨越实轴或虚轴？ 跨越点的坐标值如何？等等。后两个问题我们已经 作过说明，下面讨论前两个问题。
K (1 jT1 )(1 jT2 ) G ( j ) (1 jT1 )(1 jT2 )(1 jT1 )(1 jT2 )
K [(1 T1T2 2 ) j (T1 T2 ) ] 2 2 2 2 (1 T1 )(1 T2 ) K (1 T1T2 2 ) K (T1 T2 ) j 2 2 2 2 (1 T1 )(1 T2 ) (1 T12 2 )(1 T22 2 )

自动控制原理02开环幅相曲线、频域判据、闭环指标

Magnitude (dB) Phase (deg)

40 20 0 -20 -40 -60 -80 0
特性曲线
N 0, N 1
P0
结论：系统不稳定
-90
-180
-270 10
-1
10
0
10
1
10
2
Frequency (rad/sec)
5.3.3 对数频率稳定判据
结论 ：
（1）系统开环稳定，组成闭环后不一定稳定。如：例5-5
G ( s) ( s) 1 G ( s) H ( s) G ( s) H ( s) 1 1 G ( s) H ( s) H ( s)
R(s)
G(s)
H(s)
C ( s)
5.5.1 闭环控制系统频率特性
M r --谐振峰值
L( )
Mr
M (0)
0.707 M (0)
M(0) --零频幅值
5.4 控制系统相对稳定性分析
G(s) 例5-7 已知单位反馈系统开环传递函数为 ： 5 1 1 s ( s 1)( s 1) 2 10
求系统的相位裕度和幅值裕度。 解：
100 G( s) s( s 2)( s 10)
G ( jc ) 1
100 G( j ) j ( j 2)( j 10)
G( s)
K s 2 (Ts 1)
5.4 控制系统相对稳定性分析
5.4.1 相位裕度
相位裕度定义：
Im
1/ h
1
G ( j )
180 G(jc ) H (jc )
A(ωc ) G(jωc )H (jωc ) 1
c --截止频率（剪切频率）
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
j 90
G ( j ) 1 j 1 2 2 e j arctan G ( j ) 1 j 2 2 2 (1 2 2 ) j 2 (1 2 2 ) 2 (2 ) 2 e
2 T j arctan 2 2 1
/soft/detail/38771.html
编辑：frgtrvrttrt66758
35
36
37
10
10
8
例2 某零型反馈控制系统，系统开环传递函数
K G ( s) (T1 s 1)(T2 s 1)
试概略绘制系统的开环幅相曲线。
思考：两个惯性环节能等效成一个振荡环节吗？能等效成一个什么样的振荡环 节呢？
9
讨论：k取负 K取2倍

10
开环传递函数含有积分环节时的开环幅相曲线
自动控制原理
（第二版）
1
第五章 线性系统的 频域分析法

绘制概略开环幅相曲线的方法
3
Nyquist图
掌握开环幅相曲线的绘制,才能在频域中 利用乃奎斯特判据判断闭环系统是否稳定 。 开环传递函数：G(s)H(s) 开环频率特性：G(jw)H(jw)
4点（ ω =0）
0 -90
Bode Diagram of G(jw)=jwT+1) T=0.1 25 20
Magnitude (dB)
15 10 5 0 90
0(dB)
20logT (dB)
Phase (deg)
45
() arctg(T )
0 10
0
10
1
10
2
Frequency (rad/sec)
0型：实轴上k点 1型：负虚轴无穷远处 2型：负实轴无穷远处 3型：正虚轴无穷远处
5
2、终点（ ω =∞） （都要进入坐标原点，n>m,A(w)→0） 当n-m=1时，沿负虚轴趋于原点 当n-m=2时，沿负实轴趋于原点 当n-m=3时，沿正虚轴趋于原点
6
3、与虚轴的交点：
Gk ( j ) P( ) jQ( ) P( ) 0
( ) 20 log [1 (T ) 2 ] 20 log T (dB )
26
5.3. 二阶微分环节
G ( s ) T 2 s 2 2 Ts 1
G ( j )
s 2 2 n s n 2
( j ) 2 j 2 n n 2
n2
1) 极坐标图
ω →∞ Im
n2
2) 伯德图
2 2 (1 ( ) ) j 2 n n
ω =ωn
40dB/dec 10 ω
L(ω)/dB
0
ω →0 Re 1
1 φ(ω)/(o)
0
180 90 0 -90
ω
27
总结：
讲解课本p173图5-14
28
G ( s) s G ( s ) 1 s G ( s ) 1 2s 2 s 2 G ( j ) j e
幅频特性：A( )
相频特性： ( ) 90
Im ω →∞ 0 ω →0 Re
( ) 90 对数相频特性：
L(ω)/dB 20dB/dec
0 1 φ(ω)/(o) ω
24
10
ω
90
0 -90
思考：一阶微分环节与惯性环节的 bode图之间的关系？
)= 1+jωT 5.2 一阶微分环节 G(s)=1+Ts G(jω Im ω →∞ 1) 极坐标图 2 2 ω →0 幅频特性：A( ) 1 T 0 1 ( ) arctan T 相频特性：
( )
2
5
10




32
1) 极坐标图
幅频特性：A(ω)=1
2) 伯德图
对数幅频特性：L(ω)=0
L(ω)/dB ω
相频特性：φ(ω)=-57.3ωτ (o) 对数相频特性：φ(ω)=-57.3ωτ (o)
Im 0 0 Re 90 0 -90
33
1 φ(ω)/(o)
10
ω
34
寰宇浏览器
0 -10 0°
jT
频率特性： G( j ) e j 幅频特性：A( ) 1 相频特性： ( ) ( rad ) 57.3 (deg)
L( )(dB) 10
-90° -180° -270° -360° -450° -540°
1 10 1 5 1 2 1
20
10
0
渐近线

0.1 0.2 0.3 0.5 0.7 1 .0
-10
10
渐近线

1 .0 0 .7 0 .5 0 .3 0 .2 0 .1
( )(deg)
0°
-30° -60° -90° -120° -150°
例3 设某单位反馈系统的开环传递函数为
试概略绘制开环幅相曲线。
11
12
13
14
15
16
17
18
取一次近似，且令
19
20
21
22
23
典型环节5----微分环节
5.1 纯微分环节 G(s)=s
G(jω)= jω 2) 伯德图
对数幅频特性： L( ) 20 lg
1) 极坐标图
2) 伯德图
对数幅频特性： L( ) 20 lg 1 2T 2
当ω <<1/T时， L( ) 20 lg1 0
0 L(ω)/dB 1/T 1 10 ω
Re
20dB/dec
当ω >>1/T时， L( ) 20 lg T
90
φ(ω)/(o)
ω
25
对数相频特性：
( ) arctan T

0 .1 0 .2 0 .3 0 .5 0 .7 1 .0
0
-10
-20
-180°
1 5T 1 2T 1 T 2 T 5 T 10 T
1 10T
1 10T
1 5T
1 2T
1 T
2 T
5 31 T
10 T
13、延迟环节频率特性
G ( s) e
Ts
G ( j ) e
Gk ( j ) P( ) jQ( ) Q( ) 0
4、与实轴的交点：
7
10 Gk ( s ) 2s 1 10 Gk ( s ) (2 s 1)(5s 1) 10 Gk ( s ) s (2 s 1) 10 Gk ( s ) s (2 s 1)(5s 1)
29
讨论： 1、传递函数互为相反数的环节，bode图存在什么 特点？
2、最小相位系统和非最小相位系统的环节，频率 特性有什么特点？
30
( )(deg) 180°
L( )(dB)
150° 120° 90° 60° 30°
0°
L( )(dB )

1 .0 0 .7 0 .5 0 .3 0 .2 0 .1
K (1 1s)(1 2 s) Gk ( s) s (T1s 1)(T2 s 1) K (1 j 1 )(1 j 2 ) Gk ( j ) ( j ) (1 jT1s)(1 jT2s)
K 0 K Gk ( j 0) ( j 0) (90) 1