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1、自动控制原理第5章 频域分析法 5.1 频率特性及其表示法5.2 典型环节的频率特性5.3 系统开环频率特性的绘制 5.4 用频率特性分析控制系统的稳定性5.5 系统瞬态特性和开环频率特性的关系5.6 闭环系统频率特性5.7 系统瞬态特性和闭环频率特性的关系1昆明理工大学信息工程与自动化学院自动化系自动控制原理5.3 系统开环频率特性的绘制 1 系统开环幅相频率特性 2 系统开环对数频率特性 2昆明理工大学信息工程与自动化学院自动化系自动控制原理1 系统的开环幅相频率特性v 0型系统 v I型系统 v型系统 3昆明理工大学信息工程与自动化学院自动化系自动控制原理0 型系统的开环幅相频率特性v0
2、型系统开环传递函数频率特性 v特点特点(1)时，,故幅相频率特性由实轴上的点 开始。(2)时,，故幅相频率特性终于坐标原点。(3)区段，幅相频率特性的形状与环节及参数有关。4昆明理工大学信息工程与自动化学院自动化系自动控制原理0 型系统的开环幅相频率特性 例如开环系统传递函数的形式为幅相频率特性的形状如图所示 图5.22 0型系统幅相频率特性之一5昆明理工大学信息工程与自动化学院自动化系自动控制原理0 型系统的开环幅相频率特性 例如开环系统传递函数的形式为幅相频率特性的形状如图所示 图5.23 0型系统幅相频率特性之二6昆明理工大学信息工程与自动化学院自动化系自动控制原理0 型系统的开环幅相频
3、率特性 例如开环系统传递函数的形式为幅相频率特性的形状如图所示 图5.23 0型系统幅相频率特性之二7昆明理工大学信息工程与自动化学院自动化系自动控制原理I 型系统的开环幅相频率特性vI型系统开环传递函数频率特性 v特点特点(1)时，,故幅相频率特性由无穷远沿负虚轴方向开始。(2)时,，故幅相频率特性沿 终于坐标原点。(3)，幅相频率特性按幅值无穷大为半径变化了 ，如图中虚线所示。8昆明理工大学信息工程与自动化学院自动化系自动控制原理I 型系统的开环幅相频率特性I型系统幅相频率特性的形状如图所示 图5.24 I型和型系统的幅相频率特性9昆明理工大学信息工程与自动化学院自动化系自动控制原理I 型
4、系统的开环幅相频率特性 例5.3开环系统传递函数的形式为 当 时，,时 趋于无穷远的渐近线平行于虚轴。这一渐近线的横坐标按下试确定：当 时,，图5.25 开环幅相特性 10昆明理工大学信息工程与自动化学院自动化系自动控制原理型系统的开环幅相频率特性v型系统开环传递函数 v特点特点(1)时，,故幅相频率特性由无穷远沿 方向开始。(2)时,，故幅相频率特性沿 终于坐标原点。(3)，幅相频率特性按幅值无穷大为半径变化了 ，如图中虚线所示。11昆明理工大学信息工程与自动化学院自动化系自动控制原理 型系统的开环幅相频率特性型系统幅相频率特性的形状如图所示 图5.24 I型和型系统的幅相频率特性12昆明理
5、工大学信息工程与自动化学院自动化系自动控制原理1 系统的开环幅相频率特性v 总结幅相频率特性的低频段 13昆明理工大学信息工程与自动化学院自动化系自动控制原理1 系统的开环幅相频率特性v 总结幅相频率特性的高频部分 14昆明理工大学信息工程与自动化学院自动化系自动控制原理1 系统的开环幅相频率特性v 总结 幅相频率特性与负实轴和虚轴的交点 频率特性与负实轴的交点:频率特性与虚轴的交点 区段，幅相频率特性的形状与分子分母环节及参数有关。15昆明理工大学信息工程与自动化学院自动化系自动控制原理2 系统的开环对数频率特性v对数幅频特性 v对数相频特性 v系统类型与开环对数频率特性 16昆明理工大学信
6、息工程与自动化学院自动化系自动控制原理系统的开环对数幅频特性 例5.3的开环系统传递函数为 对数幅频特性对数幅频特性 先绘出式中各环节的对数幅频特性分量，然后将各环节特性分量的纵坐标相加，就可以得到系统开环对数幅频特性。17昆明理工大学信息工程与自动化学院自动化系自动控制原理系统的开环对数幅频特性 图5.27 例5.3 的开环对数频率特性18昆明理工大学信息工程与自动化学院自动化系自动控制原理系统的开环对数幅频特性绘制步骤（1）确定交接频率，标在角频率轴上。（2）在 处，量出幅值 ，如图5.27中A点。（3）通过A点作一条20N NdB/十倍频的直线，直到第一个交接频率 （图5.27中B点）。
7、如果 ，则低频渐近线的延长线经过A点。（4）以后每遇到一个交接频率，就改变一次渐近线斜率。19昆明理工大学信息工程与自动化学院自动化系自动控制原理系统的开环对数相频特性 例5.3的开环系统传递函数为 对数对数相频特性频特性 先绘出各分量的相频特性，然后将各分量的纵坐标相加，就可以得到系统的开环对数相频特性。在实际工作中也常常用解析法进行计算。特点特点 在低频区，对数相频特性起于 。在高频段，相频特性趋于 。20昆明理工大学信息工程与自动化学院自动化系自动控制原理系统类型与开环对数频率特性v 0型系统v I型系统 v型系统 21昆明理工大学信息工程与自动化学院自动化系自动控制原理系统类型与开环对
8、数频率特性v0型系统 开环频率特性有如下形式其对数幅频特性的低频部分如图所示。v特点特点低频段斜率为0dB/十倍频；低频段的幅值为 ，稳态位置误差系数 。图5.28 0型系统对数频率特性低频段示意图 22昆明理工大学信息工程与自动化学院自动化系自动控制原理系统类型与开环对数频率特性vI型系统 开环频率特性有如下形式其对数幅频特性的低频部分如图所示。图5.29 I型系统对数频率特性低频段示意图 23昆明理工大学信息工程与自动化学院自动化系自动控制原理系统类型与开环对数频率特性vI I型系统特点型系统特点低频段斜率为 dB/十倍频；位置由下式确定 在 时，；或 时，。低频渐近线（或其延长线）与0分
9、贝线的交点为 ，系统的稳态速度误差系数 ；低频渐近线（或其延长线）在 时的幅值为 dB。24昆明理工大学信息工程与自动化学院自动化系自动控制原理系统类型与开环对数频率特性v型系统型系统 开环频率特性有如下形式其对数幅频特性的低频部分如图所示。图5.30 型系统对数频率特性低频段示意图 25昆明理工大学信息工程与自动化学院自动化系自动控制原理系统类型与开环对数频率特性v型系统特点型系统特点低频段斜率为 dB/十倍频；位置由下式确定 在 时，；或 时，。低频渐近线（或其延长线）与0分贝线的交点为 ，系统的稳态速度误差系数 ；低频渐近线（或其延长线）在 时的幅值为 dB。26昆明理工大学信息工程与自动化学院自动化系自动控制原理 The End!27昆明理工大学信息工程与自动化学院自动化系