自动控制理论课件：第5章 线性系统的频域分析法3.ppt

《自动控制理论：线性系统的频域分析法》 在自动控制理论中，线性系统的频域分析法是研究系统动态性能的一种重要手段。本章节主要聚焦于第5章的第3部分，即线性系统的开环频率特性。频率特性分析能够揭示系统在不同频率输入下的响应情况，为控制器设计和系统稳定性评估提供依据。 开环频率特性是通过对系统开环传递函数进行傅里叶变换得到的。开环传递函数通常表现为多个典型环节（如比例环节、积分环节、微分环节、惯性环节等）的串联，每个环节都有其特定的频率响应特性。例如，比例环节的幅频特性是一条通过原点的直线，积分环节的相频特性是90度的线性增加，而惯性环节则表现为一个转折特性。 5.3.1 开环对数频率特性曲线的绘制涉及到几个关键概念： 1. 开环对数幅频特性曲线（Bode图的幅值部分）是通过将各典型环节的对数幅频特性曲线叠加得到的，斜率的改变反映了系统频率响应的变化。 2. 开环相频特性曲线（Bode图的相位部分）同样由各环节相频特性曲线叠加得出，体现了相位滞后或超前的累积效应。 3. 最左端直线的斜率代表了系统低频段的增益，反映了系统的放大能力。 4. 当频率趋近于零时，最左端直线的分贝值等于比例环节的分贝值，即20lgK，对应的频率称为截止频率。 5. 转折频率是相频特性曲线发生转折的点，标志着系统的频率响应特性发生改变。 举例说明，已知一个单位负反馈系统的开环传递函数，可以通过计算各个典型环节的频率特性，然后叠加得到开环对数幅频近似曲线和相频曲线。根据曲线的特点，可以直接写出开环传递函数，或者反之，由开环对数幅频近似曲线推导出传递函数。 在实际应用中，比如最小相位系统，可以根据对数幅频曲线直接确定系统的传递函数。如果曲线有峰值，可能表明系统中存在振荡环节或二阶微分环节，需要通过计算阻尼比来进一步分析。 此外，通过实验测量系统的频率响应数据，可以计算出对数幅频特性的值，并画出渐近线来逼近实际曲线。如果实验曲线存在峰值，可能需要调整传递函数表达式，直至对数相频曲线与实验曲线匹配。对于简单的一阶、二阶系统，可以通过阶跃响应曲线直接确定系统参数，进一步完善传递函数的表达。 线性系统的频域分析法是控制系统设计中的基础工具，它帮助我们理解和优化系统的行为，确保系统在各种输入信号下都能稳定、高效地工作。通过绘制和分析开环频率特性曲线，我们可以深入理解系统的动态特性，为系统的设计和改进提供关键信息。