《闭环系统性能分析》PPT课件.ppt

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1、第八节闭环系统性能分析7/22/20211通过频率特性曲线获得稳态性能指标频率域性能指标频率域特性指标与时域瞬态指标的关系主要内容7/22/20212一、稳态性能指标分析：如果通过频率特性曲线能确定系统的无差度阶数（即积分环节的个数）和开环放大系数k的话，则可求得系统的稳态误差。（见第三章第六节稳态误差分析）由,可求得值；也可由，求。在波德图上，低频渐近线的斜率和的关系如下：开环放大系数k的求法有两种：①低频渐近线为：当时，有：，故：低频渐近线斜率=-20v7/22/20213②当时，k也可由与横轴的交点来求。当时，，有：7/22/20214一、时域性能指标在时域分析中，性能指标一般是最大超

2、调量d%、调节时间ts、峰值时间tp等。⒈对一阶系统而言，性能指标只有ts。⒉对二阶系统而言，系统可根据阻尼系数z的不同分为：①无阻尼系统②欠阻尼系统③临界阻尼系统④过阻尼系统7/22/20215②对典型欠阻尼二阶系统而言，性能指标与系统的特征参数有关。欠阻尼二阶系统的特征参数是阻尼系数z和无阻尼震荡频率wn。③对临界阻尼二阶系统而言，性能指标只有ts。7/22/20216⒊对高阶系统，如果有主导极点存在，也可利用上述公式进行计算。④对过阻尼二阶系统而言，性能指标只有ts。当阻尼系数z<1.25时，ts的计算可查教材p70图3-15。当阻尼系数z=1.25时，设T1>T2当阻尼系数z>1.2

3、5时，设T1>T27/22/20217二、频域性能指标（一）、开环频率特性性能指标②相角稳定裕度g系统开环频率特性的幅值为1时，系统开环频率特性的相角与180°之和定义为相角稳定裕度，所对应的频率wc称为系统截止频率或幅值穿越频率。即g=180°+j(wc)，wc满足A(wc)=1①幅值稳定裕度Kg(Lg)系统开环相频特性为－180°时，系统开环频率特性幅值的倒数定义为幅值稳定裕度。所对应的频率wg称为相角穿越频率。即Kg=1/A(wg)，wg满足j(wg)=－180°。实际中常用对数幅值稳定裕度Lg=-20lgA(wg)。7/22/20218（二）、闭环频率特性性能指标设单位反馈系统的开环

4、传递函数和开环频率特性为闭环传递函数和频率特性可表示为：7/22/20219①零频值M(0)：闭环幅频特性的零频值在单位阶跃输入信号时，根据终值定理，可得系统时域的响应终值系统的稳态误差为当n=0时K越大稳态误差越小，M(0)越接近于1当n>0时所以对单位反馈系统而言，可根据闭环频率特性的零频值M(0)来确定系统的稳态误差。7/22/202110②谐振峰值Mp：系统闭环频率特性幅值的最大值。④系统带宽和带宽频率：设为系统的闭环频率特性，当幅频特性下降到时，对应的频率称为带宽频率。频率范围称为系统带宽。③谐振频率wp：系统闭环频率特性幅值出现最大值时的频率。三、频率特性的重要性质⒈频率尺度与时

5、间尺度的反比关系若有两个系统的频率特性F1(jw)和F2(jw)有如下关系则两个系统的阶跃响应有如下关系这个性质说明频率特性展宽多少倍，输出响应将加快多少倍。7/22/2021117/22/202112⒉频率特性与系统性能的关系①频率响应的低频区(远低于幅值穿越频率的区域)，表征了闭环系统的稳态特性；②频率响应的高频区(远高于幅值穿越频率的区域)，表征了闭环系统输出响应的起始部分；③频率响应的中频区(靠近幅值穿越频率的区域)，表征了闭环系统的稳定性和瞬态性能。闭环频率特性的Mp、wp和wb开环频率特性的wc、g、wg和Kg(Lg)都是中频特性7/22/202113四、典型二阶系统的频域指标与

6、瞬态性能指标的关系开环频率特性为：典型二阶系统开环传递函数为：开环幅频特性为：开环相频特性为：令A(w)=1，可求得幅值穿越频率代入j(w)，得系统的相角裕量7/22/202114幅频特性为：令时，可得带宽频率闭环传递函数为：闭环频率特性为：令，可得当时7/22/2021157/22/2021167/22/202117z00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0g012243545536165.2727578wc/wb0.6440.6420.6360.6290.6220.6180.6230.6440.6740.7140.755wc≈0.63wb7/22/202118例：一

7、系统的开环传递函数为当K=1时7/22/2021197/22/202120此时，wc=1，j(wc)<-180°，系统不稳定改变K值，就可改变wc值，从而改变j(wc)及g值。一般而言，当L(w)在wc处的斜率处于-20dB/dec时，系统是稳定的；当L(w)在wc处的斜率处于-40dB/dec时，系统可能稳定也可能不稳定，即使稳定，g也是较小的；当L(w)在wc处的斜率处于-60dB/dec时，系统则肯定是