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第5章控制系統(tǒng)的頻域分析引言1.為什么要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行頻域分析?時(shí)域分析法的不足:從微分方程或傳遞函數(shù)角度求解系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)(和性能指標(biāo)),計(jì)算量大,對(duì)于高階系統(tǒng)十分不便,甚至難以確定解析解。頻域分析法:是一種間接的研究控制系統(tǒng)性能的工程方法。它研究系統(tǒng)的依據(jù)是頻率特性,因此頻率特性是控制系統(tǒng)的又一種數(shù)學(xué)模型。2.頻率響應(yīng)、頻率特性和頻域分析法

在正弦輸入信號(hào)作用下,系統(tǒng)輸出的穩(wěn)態(tài)分量稱為頻率響應(yīng)。(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)系統(tǒng)頻率響應(yīng)和正弦輸入信號(hào)之間的關(guān)系稱為頻率特性,它和傳遞函數(shù)一樣表示了系統(tǒng)或環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)特性??刂葡到y(tǒng)的頻率特性反映正弦輸入下系統(tǒng)響應(yīng)的性能。研究其的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是Fourier變換。利用系統(tǒng)頻率特性分析和綜合控制系統(tǒng)的方法稱為頻域分析法。3挽.頻損域建分猜析你法楚的者優(yōu)拒點(diǎn)(瓦1轎)物塊理?yè)弦庹n義習(xí)明藏確。提對(duì)閱于熊一拔階脅系些統(tǒng)止和傻二勿階倍系救統(tǒng)袍,顏頻稀域信性廉能宮指限標(biāo)霞和脫時(shí)存域殺性誓能賭指陷標(biāo)冤有肯明掩確駱的凈對(duì)班應(yīng)弟關(guān)最系鞋;望對(duì)去于畫高勒階舊系暮統(tǒng)許,孩可倡建廢立懷近廚似祖的顏對(duì)腳應(yīng)背關(guān)哥系銹。(逮2斃)可錯(cuò)以用戚試昂驗(yàn)挨方?jīng)_法涼求潛出致系拜統(tǒng)宵的關(guān)數(shù)東學(xué)即模尊型,饅易背于洲研湖究照機(jī)螞理仆復(fù)避雜逼或露不西明庸的烏系堪統(tǒng)工;允也飄適膨用搞于贊某森些饒非杜線勤性私系制統(tǒng)薦。(唇3勾)可槽以根墾據(jù)孤開失環(huán)仔頻麻率徑特忘性紹研園究蒜閉銜環(huán)轎系倒統(tǒng)朝的亭性捆能,傅無(wú)烈需拒求堤解行高匹次耕代滔數(shù)挽方同程筐。珍這捷一得點(diǎn)僚,匆與屠根鞏軌召跡灘法軟有墳異捐曲喬同泰工速之遭妙辛,玩只猾是逢前悼者練的胸自明變劇量堂是賽頻泄率ω,貝而彈后酒者拳的盜參蠻數(shù)靈一陷般員是神開追環(huán)叔增凍益K。(京4川)能丸較鞋方史便許地范分策析能系敘統(tǒng)無(wú)中浪的氧參逮量扛對(duì)亭系他統(tǒng)途動(dòng)逼態(tài)莊響幼應(yīng)傭的銷影箱響奧,即從沾而弊進(jìn)聚一滋步嶄指學(xué)出亮改擔(dān)善朽系秧統(tǒng)滲性本能逆的宗途宜徑返。(襲5漂)采臨用作目圖畢方濤法,芽計(jì)津算閱量施小虹,楚且睜非世常叼直明觀斷。4飄.時(shí)霸域鎖分撲析浸法動(dòng)與虧頻杰域肢分后析疲法邊的卵比多較(聲1扒)時(shí)退域印分露析筋法是時(shí)分慎析控控育制利系蕉統(tǒng)認(rèn)的匠直誦接暗方捕法矛,愈比戒較質(zhì)直因觀租、布精館確瘡。(雪2愈)頻防域牙分暴析佩法是哭一乳種炭工董程采上餅廣疾為這采薯用擾的獵分罩析腰和師綜痕合清系封統(tǒng)凝的獻(xiàn)間立接刮方仔法晴。(選3想)頻產(chǎn)域遣分錯(cuò)析隆法是代一易種痛圖榆解默分崇析俘法膽。帳它份依遲據(jù)句系仆統(tǒng)胸的鳴又?jǐn)_一期種嘉數(shù)括學(xué)壺模隨型—鈴—頻須率復(fù)特適性危,廢對(duì)渡系斜統(tǒng)宮的唱性開能最,瞎如方穩(wěn)程定塌性豬、螞快權(quán)速局性鈴和宏準(zhǔn)勁確袍性吸進(jìn)帥行幅分俘析金?!焖?蠅.膽1頻艷率隆特劫性引抬例—挎—R寫C電進(jìn)路對(duì)宵于痕圖慮示R絨C電挖路嘩,騾其匠傳音遞執(zhí)函難數(shù)腥為式憐中趴,τ=胃R香C。R鑼C電特路5摸.護(hù)1脆.擠1頻己率墊特員性殺概繳述設(shè)梢輸云入系電福壓質(zhì)為撕正峽弦鬧信飛號(hào)匙,里其打時(shí)鋼域拼和魚復(fù)巾域摸描牽述攀為所砌以粒有將期其教進(jìn)斬行亡拉吹氏護(hù)反弓變庫(kù)換uo(t)表汪達(dá)來(lái)式質(zhì)中懂第股一述項(xiàng)愿是夕暫偏態(tài)剪分陰量芬,繞第熔二嫌項(xiàng)嫩是扯穩(wěn)痛態(tài)在分刪量盲。訊顯覺然狡上繁述R劉C電蔑路括的撥穩(wěn)帖態(tài)榆響扛應(yīng)嘉為結(jié)殼論照:當(dāng)質(zhì)電蠻路圣輸甜入贈(zèng)為混正廉弦辟信廉號(hào)迫時(shí)藏,方其提輸榆出理的芒穩(wěn)丘態(tài)蛛響納應(yīng)尤(頻慘率蕩響亡應(yīng))痕也猶是寫一緒個(gè)系正吐弦待信異號(hào)苦,爆其頸頻野率油和但輸掃入包信認(rèn)號(hào)暖相槍同撈,瞎但梳幅黃值搞和騎相樹角谷發(fā)適生仰了染變承化香,皺其研變探化餡取鍵決擦于ω。若構(gòu)把孫輸系出格的盤穩(wěn)屑態(tài)害響漲應(yīng)育和芽輸肥入籃正難弦部信環(huán)號(hào)波用勿復(fù)乳數(shù)懶表箱示滋,紡并武求第其富復(fù)旱數(shù)陳比送,需可時(shí)以晉得嘆到式傅中頻畢率取特史性G(jω):上位述新電桂路請(qǐng)的躍穩(wěn)鍋態(tài)概響艘應(yīng)效與熔輸外入銷正們弦鬼信成號(hào)拔的敏復(fù)欣數(shù)煌比富,格且G(jω)腹=G(s)嗽|s剝=詳j青ω。幅俗頻腿特鋪性A(ω):輸秩出級(jí)信巷號(hào)母幅便值武與格輸匠入沉信濕號(hào)儀幅斥值串之袍比土。相環(huán)頻她特芳性(ω):輸愿出迅信歐號(hào)駁的齊相廊角像與襯輸聰入納信假號(hào)棚的變相營(yíng)角滑之梅差蠶。設(shè)偏線橡性秩定延常罰系懂統(tǒng)耀輸摩入蔽信賀號(hào)扁為r靠(勝t廊),兼輸棗出賀信結(jié)號(hào)c詠(番t惱),要如妄圖5袖-爛1所南示尼。圖蛋中映,G矩(偶s歡)為掛系珍統(tǒng)彈的魯傳裕遞繁函鏟數(shù)醫(yī)。即(n≥m)(5皺-業(yè)1)圖5-1線性定常系統(tǒng)圖5-1線性定常系統(tǒng)2皇.一寺般n階虎控蠅制誘系聰統(tǒng)沿在壩正上弦餡信絡(luò)號(hào)烤作克用癢下陳的頭穩(wěn)共態(tài)傭輸駱出若盼在答系跟統(tǒng)慰輸軌入聽端否作筒用器一醋正線弦狹信晚號(hào)惱,牽即r(t)島=R宋s己i割n徒ω奸t(5鼠-桑2)系豪統(tǒng)餅輸燦出C宋(仍s流)為(5莊-勁3)設(shè)神傳貨遞碑函雁數(shù)G泛(針s捧)可轉(zhuǎn)表儉示綠成濾極容點(diǎn)冊(cè)形梯式(5捷-輕4)-處p1、-扇p2…-季pn為G擱(溜s慰)的勢(shì)極嘆點(diǎn)廈,滅其潔可爬以狐為帶實(shí)阿數(shù)光,螺也咽可國(guó)為脊復(fù)菜數(shù)懇,勸并倒且啄假公定凳其迫均芽在喚根遵平斷面啟的紋左構(gòu)半?yún)^(qū)平鼓面疲,犧即憑系腹統(tǒng)位是淘穩(wěn)考定讀的吊。由惰式(已5照-雙3焦)及(吸5晌-刮4絨)得踐輸車出販為(5父-悄5)式磚中,雜,豎,榆,…為辜待麥定遙系僅數(shù)繁,結(jié)由矮留陰數(shù)壘定腿理悔求折得由隙拉按普艘拉恭斯舒反歇變禾換俗得畜輸輝出他響哲應(yīng)對(duì)缺于盯穩(wěn)求定柳系咽統(tǒng)尾,灑當(dāng)t→綿∞時(shí)刑,經(jīng)(i直=粱1陳,闖2還,…,n)憐均漸隨匆時(shí)窗間幣衰析減門至拘零外。昨此志時(shí)群系忙統(tǒng)俱響及應(yīng)帥的浴穩(wěn)帆態(tài)降值援為:(5倚-扇6)和蟻為背共嫂軛迎復(fù)底數(shù)輔,閱可碧表攝示誕為則(5撒-質(zhì)7)式縮慧中,結(jié)鳴論陪:式蠶(5貓-院7)員表籃明費(fèi),偉線瞧性捆定梨常斗系痰統(tǒng)壺在砌正歪弦澆信廟號(hào)閥作頁(yè)用存下龜,雷系完統(tǒng)宮的枕穩(wěn)腎態(tài)稿輸賞出駛將蠅是齊與債輸斬入洋信毫號(hào)繳同拾頻哀率按的出正型弦酬信翻號(hào)宇,滲僅塌僅組是越幅航值好和優(yōu)相罪位叢不戀同姻,石幅間值,訪相拌位錯(cuò),旱均截是濕頻勸率ω的種函藥數(shù)握。定鞠義耐:線小性晝定振常拐系尺統(tǒng)扇在正蘇弦哭信告號(hào)作史用匙下巡壽,穩(wěn)蛙態(tài)賞輸帶出貌的騾復(fù)躲變唯量與輸祝入熟的六復(fù)逆變陽(yáng)量縫之賭比稱欣為光系牢統(tǒng)讓的頻必率蕩特念性,瓶記班為G(李jω)(5晶-致8)其符中歇穩(wěn)超態(tài)紫輸電出擱與鄭輸膨入劃的斥幅狠值墨之塞比視稱宜為士系架統(tǒng)薪的幅頌頻父特容性責(zé)。記廳為A(ω),渠即(5脫-霜9)穩(wěn)衛(wèi)態(tài)炮輸積出趙與柔輸正入繞的相泥位臉差稱再為灘系表統(tǒng)潔的相流頻帖特癥性,記邁為(ω),即(ω)算=來(lái)∠G(j羅ω)(5寶-住1挖0)頻插率濁特舉性桑還侄可敞表嶺示摟為G(j殺ω)=奴p(ω)+碌j庫(kù)θ(ω)式甚中p(ω)妥—繁—為G(j周ω)的幸實(shí)澡部黃,濾稱詞為實(shí)窗頻根特音性;θ(ω)乓—鉆—為G(j莖ω)的勤虛花部轎,芬稱判為虛跑頻豈特隆性。顯觸然貨有(5廊-鉆1祥1)需皺要壟指懂出劑,當(dāng)精輸率入撫為病非湊正才弦擋的藝周溫期栽信界號(hào)游時(shí)步,播其瞞輸敬入嘩可孝利尊用欲傅充立協(xié)葉兔級(jí)病數(shù)猶展從開匪成幻玉正甲弦誘波咸的套疊戰(zhàn)加魂,烘其潔輸灘出高為英相耽應(yīng)澆的舌正喊弦聯(lián)波秋的繞疊路加蒜。磚此向時(shí)哈系壞統(tǒng)序頻茅率攔特鍋性肯定捏義物為據(jù)系春統(tǒng)金輸?shù)食鰬蚜坑赖霓o傅季氏股變局換降與照輸謙入簽量我的異傅歷氏范變秧?yè)Q同之嶄比。5執(zhí).萄1弱.效2頻謙率供特滾性寄的略求酒取由墨頻報(bào)率屆特惰性老概燙念昏知振,蛛頻閣率墊特瘋性G(j蹲ω)是筆傳富遞鉤函氧數(shù)糾的佩一灘種贊特歸例鬧,疲即假將績(jī)傳映遞容函獸數(shù)竹中羽的趨復(fù)摸變稻量s換世成灑純爺虛筒數(shù)j鴿ω就細(xì)得瓣到狀系扎統(tǒng)快的驕頻才率周特澇性掉。G(j機(jī)ω)屯=G(s)(5嚇-應(yīng)1乳2)例5慎-住1已浙知妄系重統(tǒng)牢的賢傳勤遞尤函缸數(shù)熱為解霸:令s膽=休j漫ω得構(gòu)系奏統(tǒng)哭的愁頻揮率舒特軋性或幅苦頻堵特墻性:相勿頻塞特袍性:實(shí)忙頻久特以性:虛碎頻喉特戒性:幅溪頻菠特描性誕和疏相綠頻榮特帶性加隨ω變?;锏倪|曲碎線嗽如窯圖5拋-沉2所楚示組。圖5滿-雁2A窄(采ω辟)和φ臭(撲ω烈)曲碑線例纖題2已碧知?jiǎng)菹狄r統(tǒng)沾的喚傳嶺遞狡函鑼數(shù)繳為尊,姻求消頻負(fù)率攪特銀性份。解概:與把時(shí)旦域鉤響房誠(chéng)應(yīng)濱中柱衡飄量鉛系值統(tǒng)腳性抖能察采檢用兩時(shí)山域惠性游能教指嚇標(biāo)瞞類孤似雖,百頻寸率逆特欠性口在萄數(shù)級(jí)值納上私和某曲爆線盜形外狀振上慈的施特亞點(diǎn)絨,嘉常診用仙頻母域牢性支能通指悠標(biāo)謊來(lái)上衡晌量裕,厲它他們贈(zèng)在淹很撕大骨程傻度鼓上榮能你夠河間駁接眨地裁表趣明鎮(zhèn)系劃統(tǒng)封動(dòng)傻靜規(guī)態(tài)結(jié)特校性爪。系效統(tǒng)恩的耀頻千率漲特特性淹曲驕線獲如箱圖5巧-姥3所拾示儲(chǔ)。1弟.諧筍振騙頻李率是掏幅退頻速特域性A(ω)出累現(xiàn)冷最敲大見值蛾時(shí)疲所填對(duì)蹲應(yīng)感的崗頻昨率狐;2征.諧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