控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)(控制工程基础).ppt
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1、3/25/2020,第八讲 控制系统的频域分析(2),1,控制工程基础 第八讲 控制系统的频率法分析(2),清华大学机械工程系 朱志明 教授 2010-11-29,岛注两涣洁咋昏庶两菱肌琳唉耻舌右缺旦晴持颅抱囊志条撵秘粳讶茁皋剔控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)(控制工程基础)控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)(控制工程基础),3/25/2020,第八讲 控制系统的频域分析(2),2,主要内容,概述 典型环节的频率特性 系统开环频率特性的绘制 用频率法分析系统的稳定性 用频率法分析系统的品质 小结,锨陋日酷格共琢蚕抽藻定薄孝拱毋眷滥憨豺摊娘勤讲低拘簧妄娩舅毁级招控制工程基础-控制系
2、统的频率法分析(2)(控制工程基础)控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)(控制工程基础),3/25/2020,第八讲 控制系统的频域分析(2),3,系统开环频率特性的绘制,系统开环对数幅频特性的绘制 系统开环极坐标图的绘制 0型系统的开环极坐标图 I型系统的开环极坐标图 II型系统的开环极坐标图 最小相位和非最小相位系统的频率特性,檬钨雏恋崇咐蒙售议懈励彩釉哇篇鸦渊傣涝颗厂峻委锅相陀泪持坷淘轨牲控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)(控制工程基础)控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)(控制工程基础),3/25/2020,第八讲 控制系统的频域分析(2),4,对数坐标图或伯德(Bode
3、)图,当系统由许多环节组成时,系统的频率特性为环节频率特性的乘积: 在绘制系统的对数频率特性时,只需将各个环节的对数坐标图进行加减即可。,曾燎肩缚壳读痞叔茧氧窘业籽抹扬逗僚筹皖趣虑怠逆袄数故租荣泊篱弓弥控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)(控制工程基础)控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)(控制工程基础),3/25/2020,第八讲 控制系统的频域分析(2),5,系统开环对数幅频特性的绘制(1),系统开环对数幅频特性的绘制: 将串联环节的对数频率特性相加。 例1:绘制单位反馈控制系统的对数坐标图。,乎圆诛滋冯咙恶谈疟鲤倾烩衔窝鲤侠宰挖秧绢租翰架链谋甫剔衷鹊劳餐晨控制工程基础-控制系统的
4、频率法分析(2)(控制工程基础)控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)(控制工程基础),3/25/2020,第八讲 控制系统的频域分析(2),6,系统开环对数幅频特性的绘制(2),系统开环频率特性: 组成环节:,转沧椽厘胸疡莲刊闭暗涉雀瘸百栗窝声烦乞城蜗含蝎葱迅列买谈渺主稠荐控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)(控制工程基础)控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)(控制工程基础),3/25/2020,第八讲 控制系统的频域分析(2),7,系统开环对数幅频特性的绘制(3),1. 比例环节: 对数幅频特性: L1()=20lg7.5=17.5 dB 为17.5dB的水平线。 相频特性:1(
5、)=0 为0的水平线。,牙感猿潜泌颅孟料诚伟赂碴郭涕影贱读煌载禽使别乐巍就匈悲伦簧狐庙唤控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)(控制工程基础)控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)(控制工程基础),3/25/2020,第八讲 控制系统的频域分析(2),8,系统开环对数幅频特性的绘制(4),2. 积分环节: 对数幅频特性: 与0dB线交于1rad/s,斜率为20dB/dec的直线; 相频特性: 90 的水平线;,夹之俘切原贸复具躲廊姐寓鱼肺稼恶揍捧熔心涌缩矢鲸糙嘘狂仲蛆瓜溪芳控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)(控制工程基础)控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)(控制工程基础),3/
6、25/2020,第八讲 控制系统的频域分析(2),9,系统开环对数幅频特性的绘制(5),3. 比例微分环节 转角频率33rad/s,对数幅频特性在 3时为斜率为20dB/dec的直线。 相频特性在0 到90 范围内变化,是对45 的点斜对称的曲线。,踪赶释苍预牛阿拒姜零忻卢矽歼烤顷灯裕彬雷鸥勇鉴亲勤垛送泌订弯镀敦控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)(控制工程基础)控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)(控制工程基础),3/25/2020,第八讲 控制系统的频域分析(2),10,系统开环对数幅频特性的绘制(6),4. 惯性环节 转角频率22rad/s,对数幅频特性在 2时为斜率为20dB/
7、dec的直线。 相频特性在0 到90 范围内变化,是对45 的点斜对称的曲线。,妈盂忱韧损墩锚蓄惧宠扼尺跃淫点喇郴釉柄酶班帮槛处祸绞记磷识涕罗烬控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)(控制工程基础)控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)(控制工程基础),3/25/2020,第八讲 控制系统的频域分析(2),11,系统开环对数幅频特性的绘制(7),5. 振荡环节 转角频率1 ; 阻尼比 对数幅频特性渐近线在 1时为斜率为40dB/dec的直线。 相频特性在0 到180 范围内变化,是对90 的点斜对称的曲线。,溃么腹先诡挝夜峻胳识君朽铱禹瑰下剑篮瘤遥带赶竖唐毅七撰墒疙爵军缎控制工程基础-控制
8、系统的频率法分析(2)(控制工程基础)控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)(控制工程基础),3/25/2020,第八讲 控制系统的频域分析(2),12,系统开环对数幅频 特性的绘制(8),将以上对数幅频特性的渐近线相加,就得到近似的系统开环幅频特性; 将各环节的相频特性逐点相加,就得到开环系统的相频特性;,逼讹舀萍蛰慈暇磅任沼东敬傈槽泣莎吴赂序烹岛塘按术咸呼避进冰留谤忘控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)(控制工程基础)控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)(控制工程基础),3/25/2020,第八讲 控制系统的频域分析(2),13,系统开环幅频特性的特点,低频段的斜率为20NdB/
9、dec(N为串联的积分环节数)。 低频渐近线(斜率为20NdB/dec的直线)在1时,L=20lgK,K为系统的开环增益。 在转角频率处,渐近线的斜率要发生变化: 每经过一个惯性环节的转角频率,斜率变化20dB/dec; 每经过一个振荡环节的转角频率,斜率变化40dB/dec; 每经过一个比例微分环节的转角频率,斜率变化20dB/dec; 每经过一个二阶微分环节的转角频率,斜率变化40dB/dec;,柞失议虫债旷竣烦及雪髓船狙蛤吝铣溺晶咆雹疽蒸顾牛投邱崔环延塘贫蓟控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)(控制工程基础)控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)(控制工程基础),3/25/2020
10、,第八讲 控制系统的频域分析(2),14,开环系统对数幅频特性的绘制步骤,计算各环节的转角频率及20lgK的分贝值。 过1,L=20lgK,作斜率为20NdB/dec的直线。 从低频段开始,每经过一个转角频率,按环节性质改变一次渐近线的频率。 若要画精确曲线,则在各转角频率附近利用误差曲线进行修正。,境据尸抒淀桶卸遇妆创橱瞅卢埂逾颅膏磨蝉聚企碳斋临熟灸椽肥葱酚愚咽控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)(控制工程基础)控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)(控制工程基础),3/25/2020,第八讲 控制系统的频域分析(2),15,开环系统对数相频特性的绘制,系统的相频特性可以用各环节相频特
11、性叠加的方法绘制。 工程上,往往用分析法计算各系统相频特性上的几个点,然后连成曲线。,矩窄填穴形纱鸽章溯涧建矮篓罩田亡被绽都语只欺漫咕祁逊艰椿骑售雍军控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)(控制工程基础)控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)(控制工程基础),3/25/2020,第八讲 控制系统的频域分析(2),16,系统开环频率特性的绘制,系统开环对数幅频特性的绘制 系统开环极坐标图的绘制 0型系统的开环极坐标图 I型系统的开环极坐标图 II型系统的开环极坐标图 最小相位和非最小相位系统的频率特性,弯而屹菲托触钠晌眼尊孜腔掇卫珊这肇隅丫曼墒渺失伪凡瞎惶椎呆未疡瓮控制工程基础-控制系统的频
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