頻域分析法 一 開環頻率特性研究閉環系統效能

2021-10-02 23:08:21 字數 1918 閱讀 7239

2 分析系統效能

頻域分析法是一種利用系統的頻率特性研究系統效能的方法。

頻域分析法有兩種研究場景。

求取系統的開環頻率特性,最後根據開環頻率分析系統閉環效能;

求取系統的閉環頻率特性,根據閉環頻率特性分析系統閉環效能。

這裡是根據開環頻率分析系統閉環效能。

頻率特性是指線性定常系統在正弦訊號作用下,輸出的穩態分量與輸入的穩態分量的複數比,也即福相頻率特性,簡稱幅相特性。

系統的開環頻率特性有兩種方法得到。分別為:

實驗測量

通過實驗測量的方式得到。

由開環傳遞函式計算

g (j

ω)=g

(s)∣

s=jω

=∣g(

jω)∣

∠g(j

ω)=a

(ω)e

jϕ(ω

)g(j\omega) = g(s)|_ =\lvert g(j\omega) \rvert \angle g(j\omega) =a(\omega) e^

g(jω)=

g(s)

∣s=j

ω​=∣

g(jω

)∣∠g

(jω)

=a(ω

)ejϕ

(ω)其中,

g(jω

)為系統

開環頻率

特性函式

,g(s

)為系統

開環傳遞

函式,a

(ω)為

幅頻特性

,ϕ(ω

)為相頻

特性

。其中,g(j\omega)為系統開環頻率特性函式, g(s)為系統開環\newline傳遞函式,a(\omega)為幅頻特性,\phi(\omega)為相頻特性。

其中,g(j

ω)為系

統開環頻

率特性函

數,g(

s)為系

統開環傳

遞函式,

a(ω)

為幅頻特

性,ϕ(

ω)為相

頻特性。

在求取系統開環頻率特性後,可以直接由開環頻率特性分析系統效能,也可以先由開環頻率特性繪製開環頻率特性曲線,根據曲線分析系統效能。

奈奎斯特判據

使用奈奎斯特判據(nyquist判據、奈氏判據)判斷系統的穩定性。這是一種由開環頻率特性研究閉環系統穩定性的方式。

利用開環頻率特性繪製開環頻率特性曲線,然後利用曲線分析系統效能。

常用的開環頻率特性曲線有三種,分別為開環極座標頻率特性曲線、對數開環頻率特性曲線和對數開環幅相特性曲線。

(1) 開環極座標頻率特性曲線

根據頻率特性函式,分別繪製幅頻特性曲線和相頻特性曲線。

(2) 對數開環頻率特性曲線(bode圖)

根據開環頻率特性函式,分別繪製對數幅頻特性曲線和對數相頻特性曲線。

兩個曲線的橫座標均為:

lg ⁡ω

\lg

lgω其中,對數幅頻特性曲線的縱座標為:

l (ω

)=

20lg⁡a

)l(\omega) = 20\lg

l(ω)=2

0lga(

ω)對數相頻特性曲線的縱座標為:

φ (ω

)\varphi(\omega)

φ(ω)

(3) 對數幅相特性曲線(nichols圖)

以角頻率為參變數,橫座標為相位,縱座標為幅值。

可以利用三段頻分析,研究閉環系統的「快、準、穩」特性;

利用對數頻率穩定判據判斷系統穩定性;

求取相位裕量γ 和幅值裕量h,可利用bode圖方便求取,分析系統穩定性。

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