控制工程基础控制系统的频率法分析2控制工程基础.ppt

5/12/2023,第八讲 控制系统的频域分析（2）,1,控制工程基础第八讲 控制系统的频率法分析（2）,清华大学机械工程系 朱志明 教授2010-11-29,岛注两涣洁咋昏庶两菱肌琳唉耻舌右缺旦晴持颅抱囊志条撵秘粳讶茁皋剔控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）,5/12/2023,第八讲 控制系统的频域分析（2）,2,主要内容,概述典型环节的频率特性系统开环频率特性的绘制用频率法分析系统的稳定性用频率法分析系统的品质小结,锨陋日酷格共琢蚕抽藻定薄孝拱毋眷滥憨豺摊娘勤讲低拘簧妄娩舅毁级招控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）,5/12/2023,第八讲 控制系统的频域分析（2）,3,系统开环频率特性的绘制,系统开环对数幅频特性的绘制系统开环极坐标图的绘制0型系统的开环极坐标图I型系统的开环极坐标图II型系统的开环极坐标图最小相位和非最小相位系统的频率特性,檬钨雏恋崇咐蒙售议懈励彩釉哇篇鸦渊傣涝颗厂峻委锅相陀泪持坷淘轨牲控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）,5/12/2023,第八讲 控制系统的频域分析（2）,4,对数坐标图或伯德（Bode）图,当系统由许多环节组成时，系统的频率特性为环节频率特性的乘积：在绘制系统的对数频率特性时，只需将各个环节的对数坐标图进行加减即可。,曾燎肩缚壳读痞叔茧氧窘业籽抹扬逗僚筹皖趣虑怠逆袄数故租荣泊篱弓弥控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）,5/12/2023,第八讲 控制系统的频域分析（2）,5,系统开环对数幅频特性的绘制（1）,系统开环对数幅频特性的绘制：将串联环节的对数频率特性相加。例1：绘制单位反馈控制系统的对数坐标图。,乎圆诛滋冯咙恶谈疟鲤倾烩衔窝鲤侠宰挖秧绢租翰架链谋甫剔衷鹊劳餐晨控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）,5/12/2023,第八讲 控制系统的频域分析（2）,6,系统开环对数幅频特性的绘制（2）,系统开环频率特性：组成环节：,转沧椽厘胸疡莲刊闭暗涉雀瘸百栗窝声烦乞城蜗含蝎葱迅列买谈渺主稠荐控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）,5/12/2023,第八讲 控制系统的频域分析（2）,7,系统开环对数幅频特性的绘制（3）,1.比例环节：对数幅频特性：L1()=20lg7.5=17.5 dB 为17.5dB的水平线。相频特性：1()=0 为0的水平线。,牙感猿潜泌颅孟料诚伟赂碴郭涕影贱读煌载禽使别乐巍就匈悲伦簧狐庙唤控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）,5/12/2023,第八讲 控制系统的频域分析（2）,8,系统开环对数幅频特性的绘制（4）,2.积分环节：对数幅频特性：与0dB线交于1rad/s，斜率为20dB/dec的直线；相频特性：90 的水平线；,夹之俘切原贸复具躲廊姐寓鱼肺稼恶揍捧熔心涌缩矢鲸糙嘘狂仲蛆瓜溪芳控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）,5/12/2023,第八讲 控制系统的频域分析（2）,9,系统开环对数幅频特性的绘制（5）,3.比例微分环节转角频率33rad/s，对数幅频特性在 3时为斜率为20dB/dec的直线。相频特性在0 到90 范围内变化，是对45 的点斜对称的曲线。,踪赶释苍预牛阿拒姜零忻卢矽歼烤顷灯裕彬雷鸥勇鉴亲勤垛送泌订弯镀敦控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）,5/12/2023,第八讲 控制系统的频域分析（2）,10,系统开环对数幅频特性的绘制（6）,4.惯性环节转角频率22rad/s，对数幅频特性在 2时为斜率为20dB/dec的直线。相频特性在0 到90 范围内变化，是对45 的点斜对称的曲线。,妈盂忱韧损墩锚蓄惧宠扼尺跃淫点喇郴釉柄酶班帮槛处祸绞记磷识涕罗烬控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）,5/12/2023,第八讲 控制系统的频域分析（2）,11,系统开环对数幅频特性的绘制（7）,5.振荡环节转角频率1；阻尼比 对数幅频特性渐近线在 1时为斜率为40dB/dec的直线。相频特性在0 到180 范围内变化，是对90 的点斜对称的曲线。,溃么腹先诡挝夜峻胳识君朽铱禹瑰下剑篮瘤遥带赶竖唐毅七撰墒疙爵军缎控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）,5/12/2023,第八讲 控制系统的频域分析（2）,12,系统开环对数幅频特性的绘制（8）,将以上对数幅频特性的渐近线相加，就得到近似的系统开环幅频特性；将各环节的相频特性逐点相加，就得到开环系统的相频特性；,逼讹舀萍蛰慈暇磅任沼东敬傈槽泣莎吴赂序烹岛塘按术咸呼避进冰留谤忘控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）,5/12/2023,第八讲 控制系统的频域分析（2）,13,系统开环幅频特性的特点,低频段的斜率为20NdB/dec（N为串联的积分环节数）。低频渐近线（斜率为20NdB/dec的直线）在1时，L=20lgK，K为系统的开环增益。在转角频率处，渐近线的斜率要发生变化：每经过一个惯性环节的转角频率，斜率变化20dB/dec；每经过一个振荡环节的转角频率，斜率变化40dB/dec；每经过一个比例微分环节的转角频率，斜率变化20dB/dec；每经过一个二阶微分环节的转角频率，斜率变化40dB/dec；,柞失议虫债旷竣烦及雪髓船狙蛤吝铣溺晶咆雹疽蒸顾牛投邱崔环延塘贫蓟控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）,5/12/2023,第八讲 控制系统的频域分析（2）,14,开环系统对数幅频特性的绘制步骤,计算各环节的转角频率及20lgK的分贝值。过1，L=20lgK，作斜率为20NdB/dec的直线。从低频段开始，每经过一个转角频率，按环节性质改变一次渐近线的频率。若要画精确曲线，则在各转角频率附近利用误差曲线进行修正。,境据尸抒淀桶卸遇妆创橱瞅卢埂逾颅膏磨蝉聚企碳斋临熟灸椽肥葱酚愚咽控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）,5/12/2023,第八讲 控制系统的频域分析（2）,15,开环系统对数相频特性的绘制,系统的相频特性可以用各环节相频特性叠加的方法绘制。工程上，往往用分析法计算各系统相频特性上的几个点，然后连成曲线。,矩窄填穴形纱鸽章溯涧建矮篓罩田亡被绽都语只欺漫咕祁逊艰椿骑售雍军控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）,5/12/2023,第八讲 控制系统的频域分析（2）,16,系统开环频率特性的绘制,系统开环对数幅频特性的绘制系统开环极坐标图的绘制0型系统的开环极坐标图I型系统的开环极坐标图II型系统的开环极坐标图最小相位和非最小相位系统的频率特性,弯而屹菲托触钠晌眼尊孜腔掇卫珊这肇隅丫曼墒渺失伪凡瞎惶椎呆未疡瓮控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）,5/12/2023,第八讲 控制系统的频域分析（2）,17,开环系统极坐标图的绘制,已知系统开环传递函数或频率特性，逐点计算出A（），（）的值，可绘出开环系统的极坐标图。对于图形较复杂的系统，先画出开环系统的对数坐标图，将L（）进行dB数变换后，得到A（），然后绘制极坐标图。L（）A（）的变换。,dB数变换直线,魄戴聂视叮涸半瑟迂凳绵捞绒声聘店剩狗逐式欧掣干咐恨几汤尊综捡恒昨控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）,5/12/2023,第八讲 控制系统的频域分析（2）,18,N型系统的开环频率特性,油誉婆单燥愿前罕两唆阵怖绷航澎鳖罕惧贫向墓紧梨碱慨龙暴注烙执叼默控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）,5/12/2023,第八讲 控制系统的频域分析（2）,19,0型系统的开环极坐标图,0型系统的频率特性（nm）0型系统开环极坐标图的起点：0型系统开环极坐标图的终点：,0型、I型、II型系统的极坐标图,烯着幸却彭苦票越鄙耘咯习妨饥恢瓦痛晨熙膀牡链探路容躲窄外豁柑纲整控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）,5/12/2023,第八讲 控制系统的频域分析（2）,20,I型系统的开环极坐标图,I型系统的频率特性（nm）I型系统开环极坐标图的起点：I型系统开环极坐标图的终点：,0型、I型、II型系统的极坐标图,充樟池飘坤爷首卖缨寇浚腾缕兵嗽树煌叠精叮常祸贺变究飘附匹拙俞欺埋控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）,5/12/2023,第八讲 控制系统的频域分析（2）,21,II型系统的开环极坐标图,II型系统的频率特性（nm）II型系统开环极坐标图的起点：II型系统开环极坐标图的终点：,0型、I型、II型系统的极坐标图,窥页滤年阅琶晚津揪坡孜烃渊挨竿挛粕木宛忽须割纬急注几豹域柜荒廖剖控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）,5/12/2023,第八讲 控制系统的频域分析（2）,22,极坐标图的大致形状及其高频段,0型、I型、II型系统的极坐标图,极坐标图的高频段,豫辖唬笛策撇霍广物背冻镣呸搀启戮龟凿馈欲屿概赔锹芍融撩讳染诬指职控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）,5/12/2023,第八讲 控制系统的频域分析（2）,23,实例21,绘制系统开环对数频率特性的对数坐标图及极坐标图系统开环传递函数：,阜中孜肩蜘剂抓振充过吼域貌畅焊拜绚方艇楷厚柿产讨旷品包月京瓣来你控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）,5/12/2023,第八讲 控制系统的频域分析（2）,24,实例22,系统的开环频率特性：,尺柠役储江糖芬杏乱塘髓沈殿蛰必抬钧浩羚惕嫌芋合凤晃俭寞翱避靴宋昼控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）,5/12/2023,第八讲 控制系统的频域分析（2）,25,实例23,G1（j）的频率特性：,开环对数坐标图,垒钡喝充样漂诣溶瑟菊活拼狰卷赞辰漂纶龙乞抠舱邱潞俺雷辞仑仇焕不媳控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）,5/12/2023,第八讲 控制系统的频域分析（2）,26,实例24,G4（j）的频率特性：,开环对数坐标图,液倾件丰畔多稀嫂漏箱瓜矾笋刨硕蝎序私昏证颁槽闺楔覆欲猫漳成笆仑凹控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）,5/12/2023,第八讲 控制系统的频域分析（2）,27,实例25,G2（j）的频率特性：G3（j）的频率特性：,开环对数坐标图,甩姻伎锈寸萄琳贼碧肯抉蠕站葛鸵侨惕詹憎熙颈焰咳沼沫俐费疹炉筑贷仲控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）,5/12/2023,第八讲 控制系统的频域分析（2）,28,实例24,系统的开环极坐标图,系统的开环对数坐标图,坊朽儒脂讼幢膀窖苦劫醋钩鞋丸臻锨阜譬裙躁痘笺胯凶刑壬陕沦糙蚁按辐控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）,5/12/2023,第八讲 控制系统的频域分析（2）,29,例31,绘制图示系统的开环对数频率特性及极坐标图的大致形状开环传递函数（延迟系统）：,蹄株几蝇卧琉貉夕集治堵像嘻薄廊销衬邹息赫葡狮攒接须佛衡温斋傲铬汤控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）,5/12/2023,第八讲 控制系统的频域分析（2）,30,例32,开环频率特性：开环幅频特性：相频特性：,蜗王奴航优赃蒜窄上粉锅唐容吾傍竭侠既由扳捏烛汐识遏啼拴筹侠霍截机控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）,5/12/2023,第八讲 控制系统的频域分析（2）,31,例33,系统的对数坐标图 系统的极坐标图,惫勇恳勾孟趁诛上钟墨港轴刮稍淡绝牵醒咕衍尚钩奏寅天造膊腿怀歹俞猜控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）,5/12/2023,第八讲 控制系统的频域分析（2）,32,系统开环频率特性的绘制,系统开环对数幅频特性的绘制开环系统极坐标图的绘制0型系统的开环极坐标图I型系统的开环极坐标图II型系统的开环极坐标图最小相位和非最小相位系统的频率特性,蛋哮矮恨唆落胯艘柔牙冈遗黄梗根望馏诧赠召鸥幢挞币淖淮益地磺绍臃凌控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）,5/12/2023,第八讲 控制系统的频域分析（2）,33,最小相位和非最小相位系统的频率特性,最小相位系统：在右半s平面没有开环零极点的系统。幅频特性和相频特性之间存在唯一的对应关系；即如果确定了系统的幅频特性，则系统的相频特性也就唯一地确定了；反之亦然；在研究最小相位系统时，可以只考虑增益的信息，或只考虑相位的信息，从而使问题得到简化。非最小相位系统：在右半s平面有开环零极点的系统。例2的系统包含有局部正反馈回路，属于非最小相位系统。包含有延迟环节的系统也属于非最小相位系统；,敌谎恬揉畏消菱驶俱嫩捎粹吞叛患探辛钡脱羞棕纶毡敦吐罕填促控戏绩咎控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）,5/12/2023,第八讲 控制系统的频域分析（2）,34,Homework6,P149：4-4P150：4-12P152：4-13P193：5-14 P194：5-21,南订仕岂玉桑诚握贱嚣痹驱股挟妥觉过词哀栈星或订啮训章忌聋员曳汕淳控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）,5/12/2023,第八讲 控制系统的频域分析（2）,35,结束20081128,溺为烤欧毙帝轰挟增家绳穷飘硼羔膳稽救记囊殊届豁坛俱煎簇市耳鸥镶袄控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）控制工程基础-控制系统的频率法分析(2)（控制工程基础）,