工学系统的频率特性分析.pptx
《工学系统的频率特性分析.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《工学系统的频率特性分析.pptx(80页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、1第四章第四章 系统的频率特性分析系统的频率特性分析 频率特性概述频率特性概述 频率特性的图示方法频率特性的图示方法 频率特性的特征量频率特性的特征量 最小相位系统与非最小相位系统最小相位系统与非最小相位系统 通过谐波,识别系统的传递函数通过谐波,识别系统的传递函数 利用利用MATLABMATLAB分析频率特性分析频率特性习题:习题:4.6、4.7(2)、4.9、4.12(3)(4)、4.13、4.15(7)(8)、4.192频率特性分析是经典控制理论中研究与分析系统特性的主要方法。频率特性分析是经典控制理论中研究与分析系统特性的主要方法。4.1 频率特性概述频率特性概述 因此,从某种意义上讲
2、,频率特性法与时域分析法有着本因此,从某种意义上讲,频率特性法与时域分析法有着本质的不同。质的不同。频率特性虽然是系统对正弦信号的稳态响应,但它频率特性虽然是系统对正弦信号的稳态响应,但它不仅不仅能能反映系统的稳态性能,而且可以用来研究系统的反映系统的稳态性能,而且可以用来研究系统的稳定性和动态稳定性和动态性能性能。34.1 频率特性概述频率特性概述(部分分式处理部分分式处理)线性定常系统对谐波输入的稳态响应称为线性定常系统对谐波输入的稳态响应称为频率响应频率响应。一、频率响应与频率特性一、频率响应与频率特性 1、频率响应、频率响应 44.1 频率特性概述频率特性概述54.1 频率特性概述频率
3、特性概述根据频率响应的概念,可以定义系统的根据频率响应的概念,可以定义系统的幅频特性幅频特性和和相频特性相频特性。根据频率特性和频率响应的概念,还可以求出系统的谐波输入根据频率特性和频率响应的概念,还可以求出系统的谐波输入 作用下的稳态响应为作用下的稳态响应为2.6例例4-24-2求原函数求原函数f f(t t)解:解:对分母的对分母的s s多项式进行因子分解多项式进行因子分解s s2 2+3+3s s+2=(+2=(s s+1)(+1)(s s+2)+2)两边同乘以两边同乘以(s s+1)+1)得得令令s s=-1=-1,则,则4.1 4.1 频率特性概述频率特性概述(部分分式处理部分分式处
4、理)二、二、7同理:同理:f(t)=L-1F(s)=(-6e-t+14e-2t)4.1 频率特性概述频率特性概述由由得:得:84.1 频率特性概述频率特性概述二、二、94.1 频率特性概述频率特性概述二、二、104.1 频率特性概述频率特性概述二、二、114.1 频率特性概述频率特性概述 三、三、根据定义来求,此方法麻烦。根据定义来求,此方法麻烦。124.1 频率特性概述频率特性概述 这是对实际系统求取频率特性的一种常用而又重要的方法。这是对实际系统求取频率特性的一种常用而又重要的方法。因为,如果因为,如果不知道不知道系统的系统的传递函数或微分方程传递函数或微分方程等数学模型就无法等数学模型就
5、无法用上面两种方法求取频率特性。在这样的情况下,只有通过实验用上面两种方法求取频率特性。在这样的情况下,只有通过实验求得频率特性后才能求出传递函数。这正是频率特性的一个求得频率特性后才能求出传递函数。这正是频率特性的一个极为极为重要的作用重要的作用。三、三、13根据定义来求,此方法麻烦。根据定义来求,此方法麻烦。4.1 频率特性概述频率特性概述 三、三、144.1 频率特性概述频率特性概述四、四、15这表明系统的频率特性就是单位这表明系统的频率特性就是单位脉冲响应函数脉冲响应函数w(t)的)的Fourer变变换,即换,即w(t)的频谱。所以,对)的频谱。所以,对频率特性的分析就是对单位脉冲频率
6、特性的分析就是对单位脉冲响应函数的频谱分析。响应函数的频谱分析。4.1 频率特性概述频率特性概述五、五、(2)频率特性实质上是系统的单位脉冲)频率特性实质上是系统的单位脉冲响应函数的响应函数的Fourier变换。变换。16 频率特性的计算量很小,一般都是采用近似的作图方法,简频率特性的计算量很小,一般都是采用近似的作图方法,简单,直观,易于在工程技术界使用。单,直观,易于在工程技术界使用。可以采用实验的方法,求出系统或元件的频率特性,这对于机可以采用实验的方法,求出系统或元件的频率特性,这对于机理复杂或机理不明而难以列写微分方程的系统或元件,具有重要的理复杂或机理不明而难以列写微分方程的系统或
7、元件,具有重要的实用价值,正因为这些优点,频率特性法在工程技术领域得到广泛实用价值,正因为这些优点,频率特性法在工程技术领域得到广泛的应用。的应用。4.1 频率特性概述频率特性概述174.3 L-R-C串联电路如图所示。假设作用在输入端的电压为串联电路如图所示。假设作用在输入端的电压为 。试求通过电阻。试求通过电阻R的稳态电流的稳态电流i(t)。系统的系统的传递函数传递函数为:为:系统的系统的频率特性频率特性为为:系统的系统的幅频特性幅频特性为:为:4.1 频率特性概述频率特性概述解:解:根据回路电压定律有根据回路电压定律有 六、举例六、举例18系统的系统的相频特性相频特性为:为:根据系统根据
8、系统频率特性的定义频率特性的定义有有,系统稳态输出系统稳态输出为:为:4.1 频率特性概述频率特性概述19例例4.4 系统结构图如图所示。当系统的输入系统结构图如图所示。当系统的输入 时,测得时,测得系统的输出系统的输出 ,试确定该系统的参数,试确定该系统的参数n,。系统的系统的频率特性频率特性为为 其中,其中,幅频特性幅频特性为为:相频特性相频特性为为:由已知条件知,当由已知条件知,当=1时,时,4.1 频率特性概述频率特性概述解:系统的闭环传递函数为解:系统的闭环传递函数为:204.1 频率特性概述频率特性概述21七、机械系统的频率特性七、机械系统的频率特性(动柔度、动刚度、静刚度动柔度、
9、动刚度、静刚度)若机械系统的输入为力,输出为位移(变形),则机械系统的若机械系统的输入为力,输出为位移(变形),则机械系统的频率特性就是机械系统的频率特性就是机械系统的动柔度动柔度。机械系统的频率特性的倒数称之为机械系统的机械系统的频率特性的倒数称之为机械系统的动刚度动刚度。当当w0时,系统频率特性的倒数为系统的时,系统频率特性的倒数为系统的静刚度静刚度。例例4-5:已知机械系统在输入力作用下变形的传递函数为已知机械系统在输入力作用下变形的传递函数为2/(s+1)(mm/kg),求系统的动刚度、动柔度和精刚度。求系统的动刚度、动柔度和精刚度。解:解:根据动刚度和动柔度的定义有:根据动刚度和动柔
10、度的定义有:4.1 频率特性概述频率特性概述224.2 频率特性的图示方法频率特性的图示方法 频率特性频率特性G(jw)以及以及幅频特性幅频特性和和相频特性相频特性都是频率都是频率w的函数,因而可以用的函数,因而可以用曲线表示它们随频率变换的关系曲线表示它们随频率变换的关系。用曲线图形表示系统的频率特性,具有用曲线图形表示系统的频率特性,具有直观方便直观方便的的优点,在优点,在系统分析和研究系统分析和研究中很有用处。中很有用处。常用的频率特性的常用的频率特性的图示方法图示方法:极坐标图极坐标图和和对数坐标图对数坐标图一、频率特性的极坐标图一、频率特性的极坐标图频率特性的极坐标图又称频率特性的极
11、坐标图又称Nyquist图,也称图,也称幅相频率特性图幅相频率特性图。234.2 频率特性的图示方法频率特性的图示方法在复平面在复平面G(j)上表示上表示 G(j)的幅值的幅值|G(j)|和相角和相角G(j)随随频率频率的改变而变化的关系图的改变而变化的关系图,这种图形称为频率特性的,这种图形称为频率特性的极坐标图,极坐标图,又称为又称为nyquist图。图。244.2 频率特性的图示方法频率特性的图示方法(典型环节的典型环节的Nyquist图图)所以,比例环节频率特性的所以,比例环节频率特性的nyquistnyquist图是:图是:254.2 频率特性的图示方法频率特性的图示方法(典型环节的
12、典型环节的Nyquist图图)所以,积分环节频率特性的所以,积分环节频率特性的nyquistnyquist图是:图是:264.2 频率特性的图示方法频率特性的图示方法(典型环节的典型环节的Nyquist图图)所以,微分环节频率特性的所以,微分环节频率特性的nyquistnyquist图是:图是:274.2 频率特性的图示方法频率特性的图示方法(典型环节的典型环节的Nyquist图图)所以,惯性环节频率特性的所以,惯性环节频率特性的nyquistnyquist图是:图是:284.2 频率特性的图示方法频率特性的图示方法(典型环节的典型环节的Nyquist图图)所以,微分环节频率特性的所以,微分环
13、节频率特性的nyquistnyquist图是:图是:294.2 频率特性的图示方法频率特性的图示方法(典型环节的典型环节的Nyquist图图)304.2 频率特性的图示方法频率特性的图示方法(典型环节的典型环节的Nyquist图图)314.2 频率特性的图示方法频率特性的图示方法(典型环节的典型环节的Nyquist图图)324.2 频率特性的图示方法频率特性的图示方法(典型环节的典型环节的Nyquist图图)334.2 频率特性的图示方法频率特性的图示方法(典型环节的典型环节的Nyquist图图)所以,延时环节频率特性的所以,延时环节频率特性的nyquistnyquist图是:图是:344.2
14、 频率特性的图示方法频率特性的图示方法(典型环节的典型环节的Nyquist图图)354.2 频率特性的图示方法频率特性的图示方法(典型环节的典型环节的Nyquist图图 举例举例)例例1试绘制其频率特性的试绘制其频率特性的Nyquist图。图。36例例2 已已知知某某超超前前网网络络的的传传递递函函数数为为 试试绘绘制制其其频频率率特特性的性的Nyquist图。图。法一法一:解:解:该网络的频率特性为该网络的频率特性为其中,其中,幅频特性为:幅频特性为:相频特性为相频特性为:实频特性为实频特性为:虚频特性为虚频特性为:u、v满足关系:满足关系:又又因因为为u0、v0,系系统统频频率率特特性性的
15、的Nyquist曲曲线线为为一一个个位位于于第第一一象象限限半圆。系统频率特性的半圆。系统频率特性的Nyquist图如图所示。图如图所示。4.2 频率特性的图示方法频率特性的图示方法(典型环节的典型环节的Nyquist图图举例举例)37法二:法二:因因此此,可可以以先先作作出出 的的Nyquist图图,然然后后取取其其反反对对称称曲曲线线,即即为为 的的Nyquist图图,最最后后将将 的的Nyquist图图沿沿实实轴轴右右移移1个个单单位位,即即得得 的的Nyquist图图如图所示。如图所示。4.2 频率特性的图示方法频率特性的图示方法(典型环节的典型环节的Nyquist图图举例举例)由于:
16、由于:384.2 频率特性的图示方法频率特性的图示方法(典型环节的典型环节的Nyquist图图举例举例)例例3394.2 频率特性的图示方法频率特性的图示方法(典型环节的典型环节的Nyquist图图举例举例)已知三个不同系统已知三个不同系统404.2 频率特性的图示方法频率特性的图示方法(典型环节的典型环节的Nyquist图图举例举例)系统的频率特性:系统的频率特性:系统的系统的nyquistnyquist图的一般形状:图的一般形状:若nm,则若nm,则|G(jw)|=const414.2 频率特性的图示方法频率特性的图示方法(典型环节的典型环节的Bode图图)dec(10倍频程倍频程)424
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 工学 系统 频率特性 分析
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【a199****6536】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【a199****6536】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。