闭环频率特性
- 格式:ppt
- 大小:488.50 KB
- 文档页数:18
用MATLAB分析闭环系统的频率特性闭环系统的频率特性指的是系统在不同频率下的响应特性。
在MATLAB中,可以通过不同的函数和工具箱来分析闭环系统的频率特性。
下面将介绍一些常用的方法。
1. 传递函数分析法(Transfer Function Analysis Method):传递函数描述了系统的输入和输出之间的关系。
在MATLAB中,可以使用tf函数创建传递函数对象,并利用bode函数绘制系统的频率响应曲线。
例如,假设有一个传递函数G(s) = 1/(s^2 + s + 1),可以用以下代码创建传递函数对象并绘制其频率响应曲线:```matlabG = tf([1], [1, 1, 1]);bode(G);```运行上述代码,将会显示出频率响应曲线,并且可以通过该函数的增益曲线和相位曲线来分析系统在不同频率下的响应特性。
2. 状态空间分析法(State-Space Analysis Method):状态空间模型描述了系统的状态变量之间的关系。
在MATLAB中,可以使用ss函数创建状态空间模型,并利用bode函数绘制系统的频率响应曲线。
例如,假设有一个状态空间模型A、B、C和D分别为:```matlabA=[01;-1-1];B=[0;1];C=[10];D=0;sys = ss(A, B, C, D);bode(sys);```运行上述代码,将会显示出频率响应曲线,并且可以通过该函数的增益曲线和相位曲线来分析系统在不同频率下的响应特性。
3. 伯德图法(Bode Plot Method):Bode图可以直观地表示系统的频率响应曲线。
在MATLAB中,可以使用bode函数绘制系统的Bode图。
例如,假设有一个传递函数G(s) =1/(s^2 + s + 1),可以用以下代码绘制其Bode图:```matlabG = tf([1], [1, 1, 1]);bode(G);```运行上述代码,将会显示出Bode图,并且可以通过该图来分析系统在不同频率下的增益和相位特性。
闭环频率特性的基本特点1.在低频段Φ(jω)≈1(或Φ(jω)≈1/H(jω))通常在低频段其幅值A(ω)>>1 。
于是对于单位反馈系统,由式(5.28) 可得在低频段其闭环频率特性为上式表明:在闭环频率特性的低频段,由于这时开环幅值远大于1,故单位反馈系统的闭环频率特性Φ(jω)≈1。
一般来说:一个系统的开环频率特性保持高增益的频率范围越宽,其(闭环)输出复现输入信号就越好。
这就是所谓的“高增益原则”。
对于非单位反馈系统,由式(5.26)可得在低频段其闭环频率特性为这说明: 在低频段由于 A(ω)=|G(jω)H(jω)|>>1,故非单位反馈系统的闭环频率特性近似等于反馈通道频率特性的倒数。
2. 在高频段Φ(jω) ≈G(jω)系统的开环频率特性在高频段 |G k (jω)|<< 1 ,于是有上式表明:在高频段,由于开环频率特性的幅值很小,故反馈控制系统的闭环频率特性与前向通道的频率特性几乎重合。
3. 在中频段闭环频率特性中频段的形状对系统暂态特性的影响很大,通常用两组特征量:带宽频率ωb 和谐振峰值M r 、谐振频率ωr ,来加以刻画。
(1) 带宽频率与带宽闭环幅频特性的幅值下降到零频幅值的 0.707( 即 0.707M(0))、或闭环对数幅频特性的增益下降到零频增益值以下 3 分贝时,其对应的频率ωb 称为带宽频率 ( 或系统的截止角频率 );闭环对数幅频特性的增益不低于 -3 分贝时所对应的频率范围,即 0 ≤ω≤ωb ,称为系统的带宽 ( 或通频带 ) 。
带宽与系统暂态响应速度之间的关系控制系统的带宽与暂态响应的速度具有密切的关系。
一般来说:系统的带宽越大,暂态响应的速度就越快;而且对于低价系统,它们之间还具有确定的函数关系。
对于一阶系统,带宽越大,即带宽频率ωb越高( 系统极点p=-1/T=- ωb离虚轴越远) ,相应的时间常数T 便越小,系统响应的速度就越快。
主要内容系统闭环频率特性通过频率特性曲线分析稳态性能指标频域动态性能指标频率域特性指标与时域瞬态指标的关系2)()(1)()()(1s H s G s H s G s H +⋅=4环幅频特性。
闭环幅频特性曲线闭环对数幅频曲线二、由闭环频率特性分析系统的时域响应频率特性分析法比时域性能分析简便,且有成熟的图解法可供使用,但频率特性分析是一种概略性的间接方法,在要求系统性能指标直接而具体时,还需从时域响应面进行讨论。
在已知闭环系统稳定的条件下,可根据系统的闭环幅频特性曲线,对系统的动态过程进行定性分析与定量估算。
51、通常的闭环频域有以下几个指标:V零频幅值:ω=0时闭环幅频特性的数值(反映系统静差(误差))V谐振频率ωr:闭环系统频率特性出现谐振峰值时的频率值V谐振峰值M r:系统闭环频率特性幅值的最大值,反映系统的平稳性,并非所有闭环频率特性的中频段有谐振峰值,若出现了谐振峰值,表明系统的阻尼比较小615M r、σ与ζ的关系曲线当相角裕量γ为30o ~60o 时,对应二阶系统的阻尼比ζ为0.3~0.6在ζ≤0.707时,二阶系统的相角裕量γ与阻尼比ζ之间的关系近似为:ζ=0.01γV谐振频率ωr表征系统瞬态响应的速度。
ωr值越大,响应时间越快。
对于弱阻尼系统(ζ较小),谐振频率ωr与阶跃响应的阻尼振荡频率ωd接近。
V截止频率(带宽频率)ωb当系统闭环幅频特性的幅值M(ω)降到零频率幅值的0.707(或零分贝值以下3dB)时,对应的频率ωb称为截止频率。
0~ωb的频率范围称为带宽它反映系统的快速性和低通滤波特性。
V剪切率ωc幅值=1时的频率ωc,称为剪切率,它既反映系统的相角裕度(相角裕度大,剪切率应较平缓),又表征系统从噪声中辨别信号的能力(剪切率平缓,带宽ωb大,对高频噪声的抑制不利)。
17应注意,剪切频率ωc处斜率平缓(如以-20dB/dec过0dB线)时,系统相角裕量大;而斜率陡峭时,说明具有负相角的环节集图5 剪切率中叠加于此,带来大的负相角,如图5所示,则易造成系统不稳定。