🗒️「自控原理」5.3 频域响应分析
2023-1-27
| 2026-2-4
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本节介绍频率特性法分析系统性能 本节介绍通过开环频率特性得到闭环频率特性的方法

在频域分析系统性能

利用开环对数幅频特性分析系统性能

三频段理论

首先注意,这里的低频中频高频并不是在信号领域定义的高中低频。对于控制系统而言,一般工作频率几~几百赫兹,高中低是基于控制系统划分的。
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低频段反映系统稳态误差。由静态误差系数法可知,系统型别高,开环增益高,相对来说稳态误差更小。也就是低频段曲线应该陡、高。 高频段反映系统抗高频噪声的能力。欲使噪声影响小,应使高频段曲线矮。 中频段是本节着重讨论的内容:
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接下来找的关系:

二阶系统

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解题的时候根据曲线,计算,再到两幅图里面读出相应的性能参数即可。
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高阶系统

推导略。对于高阶系统有近似表达式,同样反映的关系:
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其实也不一定必须读图,也可以带进式子里计算。
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利用闭环频率特性分析系统性能

虽然可以通过开环特性分析闭环性能,但是由于可以通过实验轻松得到系统的闭环频率特性,且闭环频率特性的一些特征量在工程应用中十分广泛,所以研究闭环频率特性还是很有必要的。

闭环频率特性

特征量:
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向量法研究
也就是从定义着手
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这样就从几何层面建立了开环特性和闭环特性的关系,知道了开环幅相特性曲线,就可以得出闭环的频率特性了

等M圆、等N圆

但是每次画图,求长度算角度比较复杂,也不容易看出趋势,所以又引入了两个辅助工具:
等M圆
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等N圆
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「曲线图:卢京潮课件」 在等M圆和等N圆就像是地图里的等高线一样。在这幅"地图"里面画出开环Nyquist,就能根据交点,确定某一个$\omega$下的闭环幅值和相角。
尼柯尔斯图线(Nichols)
首先注意这里说的是Nichols图线,而不是Nicholes图。(他们的关系就像是尺子和地图一样,图线是用来读取图上的数据用的)
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「曲线图:卢京潮课件,蓝色为对数幅值,绿色为相角」 尼柯尔斯图线其实本质上就是等M圆、等N圆映射到对数幅相座标系时的曲线。

闭环频域指标->时域指标

二阶系统
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跟之前利用开环频率特性分析性能的时候一样,首先找出带宽频率,通过这个频率读出阻尼系数和超调量,计算谐振峰值在代入曲线求调节时间
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高阶系统
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跟之前开环的情况是一样的,依然是画曲线,再读点。
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利用开环频率分析性能与利用闭环频率特性分析性能,达到的目的是一样的,两种方法根据方便选用即可。
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