《自动控制原理》教学ppt课件.ppt

《《自动控制原理》教学ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第五章频域分析法基本内容5.1频率特性5.2频率特性曲线5.3乃奎斯特稳定判据及稳定裕度5.4开环对数频率特性分析系统性能5.5闭环频率特性分析系统性能5.6实验法建立数学模型5.7应用matlab绘制频率特性曲线2基本要求1.正确理解频率特性的概念。2.熟练掌握典型环节的频率特性，熟记其幅相特性曲线及对数频率特性曲线。3.熟练掌握由系统开环传递函数绘制系统的开环对数幅频渐近特性曲线及开环对数相频曲线的方法。4.熟练掌握由具有最小相位性质的系统开环对数幅频特性曲线求开环传递函数的方法。35.熟练掌握乃奎斯特稳定判据和对数频率稳定判据及其它们的应用。6.熟练掌握稳定

2、裕度的概念及计算稳定裕度的方法。7.理解闭环频率特性的特征量与控制系统阶跃响应的定性关系。8.理解开环对数频率特性与系统性能的关系及三频段的概念，会用三频段的分析方法对两个系统进行分析与比较。4基本思想：通过开环频率特性的图形对系统进行分析。数学模型——频率特性。主要优点：（1）不需要求解微分方程；（2）形象直观、计算量少；（3）可方便设计出能有效抑制噪声的系统；5一、控制系统在正弦信号作用下的稳态输出5.1频率特性输入信号：其拉氏变换式6输出拉氏反变换得其中7将B、D代入则(5.1)同理8式中从式（5.1）看出，线性定常系统，在正弦信号作用下，输出稳态分量是和输

3、入同频率的正弦信号。9二、频率特性的定义线性定常系统，在正弦信号作用下，输出的稳态分量与输入的复数比，称为系统的频率特性（即为幅相频率特性，简称幅相特性）。频率特性表达式为10例子以RC网络为例其传递函数频率特性11【例】某单位反馈控制系统的开环传递函数为G(s)H(s)=1/(s+1),试求输入信号r(t)=2sin2t时系统的稳态输出y(t)。解：系统的频率特性=2时，则系统稳态输出为：y(t)=0.35*2sin(2t-45o)=0.7sin(2t-45o)12三、频率特性的几种表示方法1、幅频特性、相频特性、幅相特性=，为系统的幅频特性。为系统的相频特性

4、。132、幅频特性、相频特性、幅相特性为系统的实频特性。为系统的虚频特性。143、幅相频率特性和实频虚频特性的关系154.对数频率特性对数频率特性曲线又称伯德（Bode)图，包括对数幅频和对数相频两条曲线对数幅频特性：对数相频特性:16a)极坐标系b)直角坐标系c)重叠的极坐标与直角坐标系5.坐标系1）乃奎斯特曲线（极坐标系和直角坐标系）2）波德图（对数幅频和半对数相频坐标系）17RC网络的幅频特性和相频特性18RC网络的幅相特性曲线19对数坐标刻度图20注意纵坐标是以幅值对数分贝数刻度的，是均匀的；横坐标按频率对数标尺刻度，但标出的是实际的值，是不均匀的。——这

5、种坐标系称为半对数坐标系。在横轴上，对应于频率每增大10倍的范围，称为十倍频程(dec)，而轴上所有十倍频程的长度都是相等的。为了说明对数幅频特性的特点，引进斜率的概念，即横坐标每变化十倍频程（即变化）所对应的纵坐标分贝数的变化量。215.2频率特性曲线开环传递函数的分子和分母多项式的系数皆为实数，因此开环零极点为实数或共轭复数，将开环传递函数分解成因式，再将因式分类，即得典型环节。将开环传递函数分解成若干个典型环节的串联形式一、典型环节的频率特性设典型环节的频率特性为则系统的开环频率特性为22则系统的开环对数幅频特性为结论：系统开环频率特性表现为组成开环系统的各

6、典型环节频率特性的合成，而开环对数频率特性表现为各典型环节对数频率特性的叠加。则系统的开环幅频和相频特性为231、比例环节传递函数:频率特性:2）对数频率特性3）幅相频率特性1）幅频特性及相频特性242、积分环节传递函数:频率特性:2）对数频率特性1）幅频特性及相频特性253）幅相频率特性263、微分环节传递函数:频率特性:2）对数频率特性1）幅频特性及相频特性3.幅相频率特性274.惯性环节（一阶系统）传递函数频率特性281）幅相频率特性29惯性环节的幅频、相频、幅相特性曲线302）对数频率特性当当31惯性环节的对数频率特性曲线325.一阶微分环节336.振荡环

7、节（二阶系统）频率特性传递函数341）幅相频率特性35二阶振荡环节幅相频率特性362）对数频率特性低频渐近线为高频渐近线为对数幅频特性为当w变化10倍时，振荡环节的对数幅频渐进特性37二阶振荡环节的伯德图转折频率为Wn,随着阻尼的减小，对数幅频特性在转折频率附近振荡加剧387、二阶微分环节39二阶微分环节的对数频率特性40二、控制系统的开环频率特性开环传函为令S=jω对数幅频特性相频特性幅频特性411、开环幅相特性曲线概略开环幅相特性曲线的绘制规则：1）开环幅相曲线的起点（）和终点（）2）开环幅相曲线与实轴和虚轴的交点；3）开环幅相曲线的变化范围(象限，单调性)4

8、21）0型