說(shuō)明：讀者使用該電子教案時(shí),請(qǐng)用全屏顯

1、說(shuō)明：讀者使用該電子教案時(shí),請(qǐng)用全屏顯 讀者使用該電子教案時(shí),請(qǐng)用“全屏顯說(shuō)明 讀者使用該電子教案時(shí),請(qǐng)用“全屏顯說(shuō)明:示。在該P(yáng)DF文件翻開(kāi)后,在“工具欄點(diǎn)擊示。在該P(yáng)DF文件翻開(kāi)后,在“工具欄點(diǎn)擊“全屏顯示即可;或者在PDF文件翻開(kāi)后,直“全屏顯示即可;或者在PDF文件翻開(kāi)后,直接按Ctrl L,也可直接全屏顯示。然后點(diǎn)擊鼠標(biāo)接按Ctrl L,也可直接全屏顯示。然后點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵翻頁(yè)進(jìn)行閱讀及講解。左鍵翻頁(yè)進(jìn)行閱讀及講解。如教師授課需要更精彩的動(dòng)畫版課件,請(qǐng)如教師授課需要更精彩的動(dòng)畫版課件,請(qǐng)。直接與編者聯(lián)系。直接與編者聯(lián)系 Email: chenfuyang/0>.Email: ch

2、enfuyang/.年國(guó)家級(jí)雙語(yǔ)教學(xué)示范課程2021中文版中文版自動(dòng)控制原理? ?主編:陳復(fù)揚(yáng)國(guó)防工業(yè)出版社版權(quán)所有版權(quán)所有翻版必究翻版必究古典局部古典局部自動(dòng)控制原理? ?制作:陳復(fù)揚(yáng)南京航空航天大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院自動(dòng)控制的一般概念根本概念第一章建立數(shù)學(xué)模型控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型第二章第三章 線性系統(tǒng)的時(shí)域分析法線性系統(tǒng)的根軌跡法線性分析法第四章線性系統(tǒng)的頻域分析法第五章線性離散系統(tǒng)的分析與校正第六章離散分析法非線性控制系統(tǒng)的分析第七章非線性分析法頻率響應(yīng)法頻率響應(yīng)法第五章第五章引言5-1頻率特性5-2典型環(huán)節(jié)的頻率特性5-3系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)頻率特性5-4頻域穩(wěn)定判據(jù)5-5用頻率特性分析控制系統(tǒng)的性能5-

3、6頻率響應(yīng)法校正5-7 頻率響應(yīng)法頻率響應(yīng)法第五章第五章5-1引言控制系統(tǒng)中的信號(hào)可以表示為不同頻率正弦信號(hào)的合成。u t +sin n t +UU0 nnn 1控制系統(tǒng)的頻率特性反映正弦信號(hào)作用下系統(tǒng)響應(yīng)的性能。頻率特性應(yīng)用 研究線性RsCsGs頻系統(tǒng)的經(jīng)典方法稱為Asin tc t 域分析法 頻率響又叫H s應(yīng)法 頻率法,簡(jiǎn)稱 。c? A sin t ssA +頻率響應(yīng)法頻率響應(yīng)法第五章第五章5-1引言閉環(huán)極點(diǎn)根軌跡分析法G s s 01 + G s H s 頻域分析法c? A sin t ssA +RsCsGsAsin tc t 時(shí)域分析法H s1 t ht 頻率響應(yīng)法頻率響應(yīng)法第五章第

4、五章5-1引言第一 控制系統(tǒng)及其頻域分析法具有以下特點(diǎn):元部件的頻率特性可頻率特性以運(yùn)用分析法和實(shí)驗(yàn)方法獲得,并可用多c? A sin t ssA +種形式的曲線表示,RsCs因而系統(tǒng)分析和控制GsAsin tc t 器設(shè)計(jì)可以應(yīng)用圖解H s法進(jìn)行。頻率響應(yīng)法頻率響應(yīng)法第五章第五章5-1引言第二 頻率特性物理頻域分析法具有以下特點(diǎn):意義明確。對(duì)于一階頻率特性和二階系統(tǒng),頻域性能指標(biāo)和時(shí)域性能指c? A sin t ssA +標(biāo)有確定的對(duì)應(yīng)關(guān)RsCs系;高階系統(tǒng),可建GsAsin tc t 立近似的對(duì)應(yīng)關(guān)系。H s頻率響應(yīng)法頻率響應(yīng)法第五章第五章第三 控制系統(tǒng)的頻5-1引言域設(shè)計(jì)可以兼顧動(dòng)態(tài)頻域

5、分析法具有以下特點(diǎn):響應(yīng)和噪聲抑制兩方頻率特性面的要求。c? A sin t ssA +第四 頻域分析法不僅RsCs適用于線性定常系GsAsin tc t 統(tǒng),還可推廣應(yīng)用于H s某些非線性系統(tǒng)。頻率響應(yīng)法頻率響應(yīng)法第五章第五章5-1引言本章介紹1-頻率特性的根本概頻率特性念和2-頻率特性曲線的繪制方法,c? A sin t ssA +研究3-頻率域穩(wěn)定RsCs判據(jù)和4-頻域性能GsAsin tc t 指標(biāo)的估算。H s頻率響應(yīng)法頻率響應(yīng)法第五章第五章引言5-1頻率特性5-2典型環(huán)節(jié)的頻率特性5-3系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)頻率特性5-4頻域穩(wěn)定判據(jù)5-5用頻率特性分析控制系統(tǒng)的性能5-6頻率響應(yīng)法校正5-7

6、 第五章 頻率響應(yīng)法第五章頻率響應(yīng)法5-2 頻率特性一 頻率特性的根本概念二 頻率特性的圖示法RsCs頻率響應(yīng)法頻率響應(yīng)法第五章第五章Gs5-2頻率特性r t ct 一 頻率特性的根本概念Hs一個(gè)重要的結(jié)論:一穩(wěn)定的線性定常系統(tǒng),如果在輸入端加一個(gè)正弦信號(hào),那么系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出是一個(gè)與輸入信號(hào)同頻率的正弦信號(hào)。幅頻特性r t Asin t相頻特性? A sin t CA +ssRsCs頻率響應(yīng)法頻率響應(yīng)法第五章第五章Gs5-2頻率特性Asin tct 一 頻率特性的根本概念Hs s r t A sin trcc A sin t + ? j A j sin t +ssss c r1-系統(tǒng)輸出量與輸

7、入量的振幅比,隨頻率變化的特性,稱為幅頻特性。AcA ? j j Ar2-系統(tǒng)輸出量與輸入量的相位差,隨頻率變化的特性,稱為相頻特性。RsCs頻率響應(yīng)法頻率響應(yīng)法第五章第五章Gs5-2頻率特性Asin tct 一 頻率特性的根本概念Hs s j s s j cj A j sin t +ssr3-系統(tǒng)幅頻特性與相頻特性,合稱為頻率特性。AcA ? j j Ar j ? jj j A e j eRsCs頻率響應(yīng)法頻率響應(yīng)法第五章第五章Gs5-2頻率特性Asin tct 一 頻率特性的根本概念Hs s j s s j cj A j sin t +ssr頻率特性與傳遞函數(shù)之間有著密切的關(guān)系。只s j

8、要令傳遞函數(shù)中的 ,便得到頻率特性。這是因?yàn)轭l率特性只是傳遞函數(shù)的一種特殊情況,即復(fù)變s j 量 ,因此頻率特性和傳遞函數(shù)一樣都能表征系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)特性,這就是頻率響應(yīng)法能夠用頻率特性研究系統(tǒng)性能的理論根底。R頻率響應(yīng)法頻率響應(yīng)法第五章第五章u c u5-2頻率特性 r c一 頻率特性的根本概念RC例5-1從物理意義的角度求 網(wǎng)絡(luò)的頻率特性.U s 1解:c s T RCU s Ts + 1rU s Ar r2 2u t A sin tr rs + A 1rU s U s 2 2c rTs + 1 s + Ts + 11tA TATrreu t + sin tarctg T c2 22 21 +

9、T1 +T R頻率響應(yīng)法頻率響應(yīng)法第五章第五章u c u5-2頻率特性 r c一 頻率特性的根本概念u t A sin tr r例5-1Aru sin tarctg T u t ccss2 2解:1 +T A 1c j A 2 21Ar1 +T s Ts + 1? j arctg T01tA TATrreu t + sin tarctg T c2 22 21 + T1 +T R頻率響應(yīng)法頻率響應(yīng)法第五章第五章u c u5-2頻率特性 r c一 頻率特性的根本概念u t A sin tr r例5-1Aru sin tarctg T u t ccss2 2解:1 +T A 1c j A 2 21A

10、r1 +T s Ts + 1? j arctg Tj1arctg T j s es j 2 21 +T R頻率響應(yīng)法頻率響應(yīng)法第五章第五章5-2頻率特性cu ur c一 頻率特性的根本概念A(yù) ? 1000450900 1 1 1 1T 2T 3T 4T31 4 51 20T2TT TT TA 0.32 00 0 0 00 0 0? 76 78.7 900R頻率響應(yīng)法頻率響應(yīng)法第五章第五章5-2頻率特性cu ur c一 頻率特性的根本概念A(yù) 當(dāng)頻率較低時(shí),輸出電壓和1輸入電壓的幅值幾乎相等,相角差不大。隨著頻率增高,輸出電0 1 1 1 1壓的幅值減小,相角滯后增大。T 2T 3T 4T1 ?

11、當(dāng) 時(shí),輸出電壓的幅值為T0輸入電壓幅值的0.707倍,相角 0045 滯后45°。當(dāng) 時(shí),網(wǎng)絡(luò)090的輸出電壓趨于零,相角滯后90°.R頻率響應(yīng)法頻率響應(yīng)法第五章第五章5-2頻率特性cu ur c一 頻率特性的根本概念分析RC網(wǎng)絡(luò)的頻率特性可以得A 1出如下結(jié)論:該網(wǎng)絡(luò)只允許低頻信號(hào)通0 1 1 1 1T 2T 3T 4T過(guò),具有低通濾波器的性? 質(zhì)。實(shí)際上,任何一個(gè)反00045饋控制系統(tǒng)都具有低通濾090波的特性。R頻率響應(yīng)法頻率響應(yīng)法第五章第五章5-2頻率特性cu ur c一 頻率特性的根本概念通過(guò)以上的分析,可以了解頻率A 特性的物理意義.1該網(wǎng)絡(luò)只允許低頻信號(hào)通0

12、 1 1 1 1T 2T 3T 4T過(guò),具有低通濾波器的性? 質(zhì)。實(shí)際上,任何一個(gè)反00045饋控制系統(tǒng)都具有低通濾090波的特性。R j s cu us j r c通過(guò)以上的分析,可以了解頻率A 特性的物理意義.1它表示系統(tǒng)或環(huán)節(jié)對(duì)不同頻率正弦信號(hào)的“跟蹤能0 1 1 1 1T 2T 3T 4T力或“復(fù)現(xiàn)能力。確定了在? 不同頻率正弦信號(hào)作用下,00045系統(tǒng)或環(huán)節(jié)輸入與輸出的單090值對(duì)應(yīng)關(guān)系,所以頻率特性又叫正弦傳遞函數(shù)。頻率響應(yīng)法頻率響應(yīng)法第五章第五章 j s 5-2頻率特性s j 一 頻率特性的根本概念頻率特性是系統(tǒng)或環(huán)節(jié)在頻率域中的數(shù)學(xué)模型,它和微分方程?傳遞函數(shù)一樣,能G j 描

13、述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。頻率特性 只與系統(tǒng)或環(huán)節(jié)本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān),是系統(tǒng)或環(huán)節(jié)本身的屬性,與輸入信號(hào)和初始條件無(wú)關(guān)。G j G s s j A 頻率響應(yīng)法頻率響應(yīng)法1第五章第五章5-2頻率特性一 頻率特性的根本概念0 1 1 1 1T 2T 3T 4T頻率特性是一種穩(wěn)態(tài)特性,? 似乎用頻率特性不能研究系00045統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。但是應(yīng)該注090意,頻率特性是在正弦輸入信號(hào)的頻率由低頻到高頻率法就是利用穩(wěn)態(tài)的頻不斷變化的情況下得出頻率響應(yīng),間接地研究的。系統(tǒng)能否很好地復(fù)現(xiàn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。從而防止了直接求解高階微這些信號(hào),同樣能說(shuō)明系分方程的困難。統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。頻率響應(yīng)法頻率響應(yīng)法第五章第五章5-2頻率

14、特性G j G s s j 二 頻率特性的圖示法頻率法并不是根據(jù)頻率特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì),而是根據(jù)頻率特性圖對(duì)系統(tǒng)的性能作出判斷 ,并指出改善系統(tǒng)性能的途徑 ,從而建立一套分析和設(shè)計(jì)系統(tǒng)的 圖解法 ,這就是頻率法 。常用的頻率特性圖示方法有兩種:對(duì)數(shù)頻率特性曲線幅相頻率特性曲線jG j 頻率響應(yīng)法頻率響應(yīng)法第五章第五章G j ImA 5-2頻率特性? 二 頻率特性的圖示法0G j Re+ 1簡(jiǎn)稱為幅相曲線1 幅相頻率特性曲線又稱為:極坐標(biāo)圖奈奎斯特圖? 頻率特性圖?特點(diǎn)是:將幅頻特性和相頻特性同時(shí)表示在復(fù)平面上,是參量,幅頻相頻特性在復(fù)平面上可以用模和幅角表示;也可以用實(shí)部和虛

15、部表示.常用的頻率特性圖示方法有兩種:對(duì)數(shù)頻率特性曲線幅相頻率特性曲線jG j 頻率響應(yīng)法頻率響應(yīng)法第五章第五章G j ImA 5-2頻率特性? 二 頻率特性的圖示法0G j Re+ 1簡(jiǎn)稱為幅相曲線1 幅相頻率特性曲線又稱為:極坐標(biāo)圖奈奎斯特圖? 頻率特性圖?特點(diǎn)是:將幅頻特性和相頻特性同時(shí)表示在復(fù)平面上,是參量,幅頻相頻特性在復(fù)平面上可以用模和幅角表示;也可以用實(shí)部和虛部表示 jG j A eG j jReG j G j + Imj? ? cosA A sin+jG j 頻率響應(yīng)法頻率響應(yīng)法第五章第五章G j ImA 5-2頻率特性? 二 頻率特性的圖示法0G j Re+ 11 幅相頻率特

16、性曲線 G j 當(dāng)輸入正弦信號(hào)的頻率 從0變化到 時(shí), 的? A G j 幅值 和相角 也在變化,矢量 的端點(diǎn)在復(fù)G j 平面上描繪出一條軌跡,這條軌跡就是 的極坐標(biāo)圖。? jG j A eG j jReG j G j + Im注意:在極坐標(biāo)圖中,從正實(shí)軸開(kāi)始,逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的角度為正。jG j 頻率響應(yīng)法頻率響應(yīng)法第五章第五章G j Im5-2頻率特性A 1j T二 頻率特性的圖示法? 1 幅相頻率特性曲線0G j Re+ 1例5-2繪制RC網(wǎng)絡(luò)的極坐標(biāo)圖.RG j G s s j u c ur c11s j 1 + j TTs + 1G s 1Tj G j jG j ReG j + Im2 2

17、 2 21 + T1 + T? j1 G j A ejarctg Te2 21 + T : 0 j頻率響應(yīng)法頻率響應(yīng)法第五章第五章15-2頻率特性2 1二 頻率特性的圖示法00+ 14511 幅相頻率特性曲線2例5-2 解11j Tarctg TG j je2 22 2 2 21 + T1 + T 1 + T1100TT1A 0 G j Re1 0.707 1 020 001? 045 90 ImG j 002頻率響應(yīng)法頻率響應(yīng)法第五章第五章5-2頻率特性二 頻率特性的圖示法2 對(duì)數(shù)頻率特性曲線又稱為:對(duì)數(shù)極坐標(biāo)圖伯德圖? 對(duì)數(shù)頻率特性圖?特點(diǎn)是:對(duì)數(shù)頻率特性曲線是由對(duì)數(shù)幅頻特性曲線和對(duì)數(shù)相頻

18、特性曲線組成的 。為繪制的方便,對(duì)數(shù)幅頻特性和對(duì)數(shù)相頻特性用同一橫坐標(biāo),兩個(gè)縱坐標(biāo)繪制。而且習(xí)慣上lg 橫坐標(biāo)以 為標(biāo)志刻度。縱坐標(biāo)那么作適當(dāng)?shù)南禂?shù)修正。頻率響應(yīng)法頻率響應(yīng)法第五章第五章5-2頻率特性二 頻率特性的圖示法2 對(duì)數(shù)頻率特性曲線? jG j A eG j ? lg jlgA +對(duì)數(shù)相頻特性對(duì)數(shù)幅頻特性頻率響應(yīng)法頻率響應(yīng)法第五章第五章5-2頻率特性G j ? lg jlgA +二 頻率特性的圖示法2 對(duì)數(shù)頻率特性曲線第一 對(duì)數(shù)幅頻特性 L L A 20lgL db單位是 分貝db/dB )3020均勻刻度10010頻率響應(yīng)法頻率響應(yīng)法第五章第五章5-2頻率特性G j ? lg jlgA +二 頻率特性的圖示法2 對(duì)數(shù)頻率特性曲線第二 對(duì)數(shù)相頻特性 ? 0? 0單位是 度 0900均勻刻度6003000