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DATE: Saturday, January 04, 2014
5.2 频率特性的图形
ω 0 1 ∞ ∠G(jω ) -90º -90º -90º │G(jω │ ∞ 1 0 U(ω ) 0 0 0 V(ω ) -∞ -1 0
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5.2 频率特性的图形
5.2 频率特性的图形
一阶微分环节 : 传递函数: G(s) Ts 1 频率特性: j ) jT 1 T 2 2 1e jarctan T G(
ω ∠G(jω ) │G(jω │ U(ω ) V(ω )
0
1/T ∞
0º
45º 90º
1
1
1 1
0
1 ∞
2
∞
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(1)放大(比例)环节 G (s) K G ( j ) K 对数幅频特性 : 20lg G ( j ) 20 lg K 平行于横轴的直线,相距20 lg KdB K 1,直线位于横轴上方 K <1,直线位于横轴下方 相频特性 : 与横轴重合的直线
5.2 频率特性的图形
(2)积分环节 1 G ( s) s 1 1 1 j G ( j ) j e 2 j 1 20lg
) G(j ) ( 180 ) 180 ( ( ) 0称为相位滞后, ( ) 0称为相位超前
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5.1 引言
(2) 图示表示 幅相图(Nyquist): 频率响应 G( j) 的幅频特性及相频特 性表示在极坐标中的图形。 对数频率特性图(Bode):在对数坐标中将频率响应G( j)
对数幅频特性 : 20lg G ( j ) 20lg
过点(1,0)斜率 20dB/dec的直线 频率增加到10倍,幅值增加: 20lg10 20lg 20dB 相频特性 : G ( j ) 90 过点(0, 900 )平行于横轴的直线
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即将频率特性的幅频和相频特性或实频和虚频特性 同时表示在复数平面上。
5.2 频率特性的图形
绘制Nyquist图的一般方法:
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5.2 频率特性的图形
1. 惯性环节 传递函数:G ( s ) 频率特性: T G (j ) 2 2 j 2 2 jT 1 T 1 T 1 1 1 实频:U ( ) 幅频: ( j ) G 1 T 2 2 1 1 T 1
1/ 2
0
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5.2 频率特性的图形
2.积分环节 1 传递函数:G (s) s 1 1 1 j 频率特性:G (j ) j e 2 j 实频:U ( ) 0 虚频: ( ) 1/ V 幅频: ( j ) 1/ 相频:G ( j )= 900 G
ω→2ω的频带宽度称2倍频程, ω→10ω的频带宽度称10倍频程或10倍 频,记dec。 ω为0.1、1、10、100、1000的各点间 横轴间的距离相等。 Lg0=-∞,横轴上画不出ω=0的点。
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5.2 频率特性的图形
2、典型环节Bode图
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5.2 频率特性的图形
ω 0 ∠G(jω ) 0º │G(jω │ 1 U(ω ) 1 V(ω ) 0
1/T
∞
-90º
-180º
1/2ζ
0
0
0
-1/2ζ
0
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5.2 频率特性的图形
G ( j )
0° 0.1 0.1
c 1/ T
10
rad/s
-45° -90°
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5.2 频率特性的图形
(4)一阶微分环节 G (s) s 1 G (j ) j 1 2 2 1e jarctan 对数幅频特性 : 20lg G (j ) 20lg 2 2 1 低频段( 1/ ) , 略去得: G (j ) 20 lg1 0 dB 20lg 高频段( 1/ ) , 略去 1得: 20lg G (j ) 20 lg 2 2 20 lg 20 lg 20 lg 过点(1/ , 0)斜率 为20dB/dec的直线,转折频率 1/
5.2 频率特性的图形
n个积分环节串联的Bode图
G( j )
1 ( j )
n
20lg G( j ) 20lg G( j ) n 90
1
n
20n lg
dB
20 lg G ( j )
-20ndB/dec
0
0.01
0.1
1
10
rad/s
G ( j )
0° 0.01 0.1 1 10 rad/s
第五章 频率特性法
引言
频率特性图绘制
稳定判据
控制系统的相对稳定性 闭环系统的频率特性图 频率特性与控制系统性能的关系
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5.1 引言
一、频率特性(频率响应)定义
系统对不同频率正弦输入信号的响应特性。(稳态)
R C ( s ) G ( s ) R( s ) G ( s ) Cs (s) Ct (s) ( s j )( s j )
二、频率特性对数坐标图(Bode图) 1、Bode图定义
在对数坐标中,将G ( j )的幅频特性 G ( j ) 和 相频特性G ( j )分开表示的图形。
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5.2 频率特性的图形
按标度,单位rad/s 横坐标: “十倍频程” 按lg刻度,dec 幅频特性: lg G ( j ) ,单位dB(分贝) 20 纵坐标: 0 相频特性:G ( j ),单位( )或rad
G( j ) : 相频特性
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5.1 引言
实频-虚频: G( j ) G( j ) e j ( ) G( j ) [cos jsin ] U( ) jV( ) U( ):实频特性 V( ):虚频特性 G( j ) U 2 ( ) V 2 ( )
-n∙90°
5.2 频率特性的图形
(3)惯性环节 G (s) 1 Ts 1 G ( j ) 1 jT 1 1 20 lg T 2 2 1
T 2 2 1 低频段( 1/ T) , 略去T 得: 20 lg G ( j ) 20 lg1 0 d B 过点(1/ T , 0)斜率为 20 d B/ dec的直线 , 转折频率 1/ T 误差 20 lg T 2 2 1 20 lg T
对数幅频特性: lg G ( j ) 20 lg 20
高频段( 1/ T) , 略去 1得: 20 lg G ( j ) 20 lg T 20 lg T 20 lg
1/ T时误差最大,为 3dB。
dB
c 1/ T 10
ω
K
T 2 2 1
∠G(jω ) │G(jω │ U(ω ) V(ω )
0
∞
-90º
-180º
∞
0
-KT
0
-∞
0
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5.2 频率特性的图形
例: 解:
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5.2 频率特性的图形
5.2 频率特性的图形
4.振荡环节: 1 (0 1) 2 2 T s 2 Ts 1 1 频率特性: (j ) G (1 T 2 2 ) j2 T 传递函数:G ( s ) 1 T 2 2 2 T 1 j e jG ( j ) (1 T 2 2 )2 (2 T ) 2 (1 T 2 2 ) 2 (2 T ) 2 (1 T 2 2 )2 (2 T ) 2 1 T 2 2 2 T 实频:U ( ) 虚频: V ( ) (1 T 2 2 ) 2 (2 T )2 (1 T 2 2 )2 (2 T ) 2 幅频: G (j ) 1 (1 T 2 2 ) 2 (2 T )2 2 T arctan 1 T 2 2 相频:G (j ) 180 arctan 2 T 1 T 2 2 1 T 1 T
cs (t ) R G ( j ) sin(t )
为同频率的正弦信号。
稳态 分量
暂态 分量
※稳定的线性定常系统,输入信号为正弦信号时,输出信号
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5.1 引言
二、频率特性表达形式
(1) 解析表示
幅频 相频: G( j ) G( j ) e j ( ) Ae j ( ) G( j ) : 幅频特性
: 0 , ( j ) 曲线有单调衰减和谐振两种形式。 G
d G ( j ) 1 1 2 2 (谐振频率) d T 1 当 0 0.707, r G ( j ) M (谐振峰值) 2 2 1 0