第5章-频率特性法课件.ppt

1、主要内容主要内容 频率特性及频率特性法的基本概念频率特性及频率特性法的基本概念 基本环节的频率特性分析基本环节的频率特性分析 频率特性指标频率特性指标 开环频率特性的系统分析开环频率特性的系统分析 控制系统的频率法校正控制系统的频率法校正 系列设计举例系列设计举例 5.1频率特性及频率特性法频率特性及频率特性法对对线性线性系统输入正弦信号，其输出的系统输入正弦信号，其输出的稳态稳态响应响应称为系统的称为系统的频率响应频率响应。设施加的正弦输入信号为设施加的正弦输入信号为tAtrmsin)(则频率响应为则频率响应为)()()(sRsHsCss22)(sAsHmjsjssHAjsjssHAjsmj

2、sm1)(1)(jsjHjsjHjAm)()(215.1.1频率响应频率响应 拉氏反变换后为拉氏反变换后为)()()(jeAjH)(sin)(tAAmjsejsejAAjjm1121)()()()()(21)(tjtjmeejAA5.1.2基本概念基本概念频率特性法是通过系统开环的频率特性图像频率特性法是通过系统开环的频率特性图像来对系统性能指标进行分析以及对系统加以来对系统性能指标进行分析以及对系统加以综合、校正的方法。它综合、校正的方法。它避免求解闭环极点避免求解闭环极点，其其图形图形化方式具有极强的直观性。化方式具有极强的直观性。频率特性法使得可以通过实验所确定的系统频率特性法使得可以通

3、过实验所确定的系统频率响应来频率响应来推断未知系统推断未知系统的传递函数。而且的传递函数。而且设计者可以控制系统的设计者可以控制系统的带宽带宽，以及控制系统，以及控制系统对对不期望噪声和扰动不期望噪声和扰动响应的某些指标。响应的某些指标。频率特性法的不足在于频域和时域之间频率特性法的不足在于频域和时域之间缺乏缺乏直接联系直接联系，需要靠各种设计准则来调整频率，需要靠各种设计准则来调整频率响应特性以达到满意的暂态响应。响应特性以达到满意的暂态响应。伯德图伯德图 伯德图伯德图(又称为频率特性的对数坐标图又称为频率特性的对数坐标图) :伯伯德图将幅频特性和相频特性分别绘制。德图将幅频特性和相频特性分

4、别绘制。 幅频特性坐标幅频特性坐标横轴取信号角频率横轴取信号角频率 的对数的对数lg 标定，但标写的数值为标定，但标写的数值为 值值。纵轴以分。纵轴以分贝为单位等分标定，其值为贝为单位等分标定，其值为20lgA( )dB 。 相频特性横轴和幅频特性相对应，纵轴为相频特性横轴和幅频特性相对应，纵轴为( )的度数。的度数。 常采用折线方式来近似绘制常采用折线方式来近似绘制 。伯德图研究系统频率响应的优点伯德图研究系统频率响应的优点 动态补偿器的设计可以完全以伯德图为动态补偿器的设计可以完全以伯德图为依据。依据。 伯德图可以由实验的方法获得。伯德图可以由实验的方法获得。 串联系统的伯德图可简单相加而

5、得，这串联系统的伯德图可简单相加而得，这非常方便。非常方便。 对数尺度允许伯德图表示相当广的频率对数尺度允许伯德图表示相当广的频率范围，而线性尺度很难做到。范围，而线性尺度很难做到。5.2基本环节的频率特性分析基本环节的频率特性分析 5.2.1比例环节比例环节比例环节的增益为比例环节的增益为G(s)=K 频率特性函数为频率特性函数为G(j )=K 比例环节伯德图比例环节伯德图 5.2.2惯性环节惯性环节对数幅频对数幅频特性：特性：22)(1lg20)(11lg20)(TTL当当1)(2T时，即时，即T101lg20)1(TL当当时，即时，即1)(2TT1lg201lg20lg20)1(TTTL

6、惯性环节增益为惯性环节增益为 11)(TssG惯性环节的伯德图（续惯性环节的伯德图（续1）-40-30-20-100Magnitude (dB)10-210-1100101102-90-450Phase (deg)Bode DiagramFrequency (rad/sec)L()()1/10T1/T10/T5.2.3积分环节积分环节积分环节增益为积分环节增益为ssG1)(频率特性函数为频率特性函数为211)(jejjG积分环节伯德图积分环节伯德图5.2.4二阶振荡环节二阶振荡环节 二阶振荡环节增益为二阶振荡环节增益为121)(22TssTsG频率特性函数为频率特性函数为TjTjG2)(11)

7、(2222)2()(1 1)(TTA2)(12arctan)(TT二阶振荡环节伯德图二阶振荡环节伯德图当当1)(2T时，即时，即T101lg20)1(TL当当时，即时，即1)(2TT1lg401lg40)lg(20)1(2TTTL5.2.5由对称性获得特性曲线由对称性获得特性曲线 基本环节中的基本环节中的微分微分环节、环节、一阶微分一阶微分环节、环节、二阶微分二阶微分环节分别与环节分别与积分积分环节、环节、惯性惯性环节、环节、二阶振荡二阶振荡环节具有关于横轴对称的特性环节具有关于横轴对称的特性 。微分环节伯德图微分环节伯德图一阶微分环节伯德图一阶微分环节伯德图 二阶微分环节伯德图二阶微分环节伯

8、德图5.2.6时滞环节时滞环节 时滞环节增益为时滞环节增益为频率特性函数为频率特性函数为jejG)(1)(A)(时滞环节伯德图时滞环节伯德图sesG)(5.2.7开环传递函数伯德图的绘制开环传递函数伯德图的绘制 绘制幅值曲线图步骤：绘制幅值曲线图步骤：1. 将所有转折频率点求出，并按从小到大排将所有转折频率点求出，并按从小到大排序（即将序（即将G(s)写成典型环节乘积形式）。写成典型环节乘积形式）。2. 确定确定20lgK及首段斜率：看及首段斜率：看sn项，斜率为项，斜率为n20db/dec。3. 依据转折频率位置及环节斜率依次画出幅依据转折频率位置及环节斜率依次画出幅频特性图。频特性图。注意

9、：典型形式要写成时间常数形式。注意：典型形式要写成时间常数形式。伯德图的绘制（续）伯德图的绘制（续）绘制相位曲线图步骤：绘制相位曲线图步骤：画相位曲线在低频段的渐近线，为画相位曲线在低频段的渐近线，为n90。画近似相位曲线，在每个转折频率处改变画近似相位曲线，在每个转折频率处改变90（一阶）或（一阶）或180（二阶）。（二阶）。确定各单个相位曲线的渐进线，使得相位的确定各单个相位曲线的渐进线，使得相位的改变与上步骤一致，画每个相位曲线草图。改变与上步骤一致，画每个相位曲线草图。在图上把每个相位曲线相加。在图上把每个相位曲线相加。伯德图的绘制举例伯德图的绘制举例 例例5.1已知系统开环传递函数，

10、绘制伯德图。已知系统开环传递函数，绘制伯德图。12121121) 3(10)(2ssssssG解：将解：将G(s)变换成典型环节之积形式有变换成典型环节之积形式有 12121112111131310)(2ssssssG比例比例一阶微分一阶微分积积分分惯性惯性二阶振荡二阶振荡20lgK=29.5db，存在积分环节，故在，存在积分环节，故在w=1处处做做29.5db点，过该点做点，过该点做-20dB/dec斜率直线斜率直线L1 伯德图的绘制举例（续伯德图的绘制举例（续1）列写其余环节转折频率列写其余环节转折频率 二阶振荡环节转折频二阶振荡环节转折频率率21惯性环节转折频率惯性环节转折频率2233一

11、阶微分环节转折频率一阶微分环节转折频率相频特性则分别绘出各相频特性则分别绘出各环节相频曲线逐点叠加环节相频曲线逐点叠加即可。即可。一阶微分一阶微分惯性环节惯性环节积分环节积分环节二阶振荡二阶振荡从伯德图求开环传递函数从伯德图求开环传递函数步骤步骤：由首段确定积分环节个数，对应每个：由首段确定积分环节个数，对应每个转折频率点斜率变化值确定基本环节，最后转折频率点斜率变化值确定基本环节，最后确定确定K值。值。例例5.2已知某最小相位系统的伯德图，求其开已知某最小相位系统的伯德图，求其开环传递函数。环传递函数。) 1201)(121() 151(100)(sssssG5.3频率特性指标频率特性指标

12、开环频率特性指标开环频率特性指标闭环频率特性指标闭环频率特性指标 M称为复现频率称为复现频率 b称为截止频率称为截止频率 MMr称为相对谐振称为相对谐振峰值峰值 5.4开环频率特性的系统分析开环频率特性的系统分析 低频段：低频段：在开环对数幅频特性中使闭环取得复在开环对数幅频特性中使闭环取得复现带的频率区间称为低频段，即现带的频率区间称为低频段，即0 0 M区间的区间的幅频曲线。幅频曲线。 低频段主要影响系统的低频段主要影响系统的稳态特性稳态特性，即误差，因，即误差，因此由低频段可以确定系统的无差度，可以确定此由低频段可以确定系统的无差度，可以确定误差系数误差系数K Kp、K Kv、K Ka。

13、无差度的确定无差度的确定 若首段斜率为若首段斜率为20v db/dec，则其中，则其中v为开环为开环传递函数的积分环节个数或型数。传递函数的积分环节个数或型数。 误差系数的计算误差系数的计算 系统对数幅频特性不论其形状如何，其首段系统对数幅频特性不论其形状如何，其首段( (或延长线或延长线) )与与 11交点交点所对应的分贝值一定为所对应的分贝值一定为20lgK， 两种常用计算方法两种常用计算方法1.首段延长线法首段延长线法 当首段为当首段为0dB/dec时，其首段所对应的时，其首段所对应的分贝值即为分贝值即为20lgKp。 当首段为当首段为-20db/dec时，将其延长与横时，将其延长与横轴

14、相交，交点所对应的频率值即为轴相交，交点所对应的频率值即为Kv。 首段首段-40db/dec其延长交点频率值为其延长交点频率值为 aK首段延长线法（续）首段延长线法（续）a40lg1lg| )(|lg20lg20aaajGKaaKlg40lg20aaK=1正增益斜率计算法正增益斜率计算法 曲线曲线A A为为0 0型系统型系统 212lg20lg40lg20cpKccpK21222122曲线曲线B B为为型系统型系统 2121lg20lg40lg20lg20cvKcvK12曲线曲线C为为型系统型系统 22lg20lg40lg20caKcaK25.4.2高频段高频段 高频段是能使高频段是能使|H(

15、j)|G(j)|的频率区域。的频率区域。在开环幅频特性中对应的信号频率很高。在开环幅频特性中对应的信号频率很高。 高频段对于系统的稳态性能、动态性能影高频段对于系统的稳态性能、动态性能影响不大，但它对高频信号的抑制作用，对响不大，但它对高频信号的抑制作用，对于系统的抗干扰能力具有重要意义。于系统的抗干扰能力具有重要意义。 高频段斜率越大系统抗干扰能力越好。高频段斜率越大系统抗干扰能力越好。5.4.3中频段中频段 中频段从概念上讲指低、高频中间的信号中频段从概念上讲指低、高频中间的信号频率范围，从闭环幅频角度看可以认为低频率范围，从闭环幅频角度看可以认为低频段和中频段的界限为频段和中频段的界限为

16、 M ，中频段和高频，中频段和高频段的界限为段的界限为 b。 中频段在闭环幅频特性中为中频段在闭环幅频特性中为 M b之间范之间范围，而从开环幅频特性看，其标志为围，而从开环幅频特性看，其标志为 c，故开环幅频特性中故开环幅频特性中 c两侧一定频率范围内两侧一定频率范围内为中频段。为中频段。 中频段的斜率中频段的斜率 如果开环幅频特性是以如果开环幅频特性是以-20dB/dec通过通过 c的，而的，而且且 c两侧足够宽，即低、高频对中频影响可忽两侧足够宽，即低、高频对中频影响可忽略不计，则开略不计，则开/闭环传递函数可以近似表示为闭环传递函数可以近似表示为 ssksGc )(1111)(ssss

17、Hccc相当于一阶系统，系统是完全相当于一阶系统，系统是完全稳定的稳定的 中频段的斜率（续中频段的斜率（续1）如果以如果以-40dB/dec穿越穿越 c且有足够宽度，则且有足够宽度，则 222)(ssksGc 222)(1)()(ccssGsGsH 系统是不稳定的，因此中频段不宜过宽，否则系统是不稳定的，因此中频段不宜过宽，否则超调量与过渡时间都会明显增大。超调量与过渡时间都会明显增大。 实际系统最好以实际系统最好以-20dB/dec斜率通过斜率通过 c，这样，这样可使系统有足够的相位裕度。可使系统有足够的相位裕度。c的计算的计算 1. 精确计算精确计算1| )(|cjG例例5.3已知单位负反

18、馈系统开环传递函数为确已知单位负反馈系统开环传递函数为确定其定其 c ) 151)(1(2)(ssssG解：由解：由G(s)令令 125110| )(|22ccccjG解得解得 c =1.23 c的计算（续）的计算（续）2.由伯德图计算由伯德图计算例例5.4对对例例5.3采用幅频特性曲线方法求取采用幅频特性曲线方法求取 c 解：做解：做G(s)的幅频特性曲线的幅频特性曲线clg402lg20414. 12 c5.4.4系统性能分析系统性能分析 一般步骤：一般步骤：1. 获取系统开环传递函数的伯德图获取系统开环传递函数的伯德图2. 判定系统稳定性判定系统稳定性3. 若系统稳定确定系统所适用的公式

19、若系统稳定确定系统所适用的公式4. 由低频段确定系统稳态性能由低频段确定系统稳态性能5. 由中频段确定动态性能由中频段确定动态性能6. 由高频段确定抗干扰能力由高频段确定抗干扰能力系统性能分析举例系统性能分析举例例例5.5某单位负反馈系统测得开环幅频特性图某单位负反馈系统测得开环幅频特性图如图所示，试分析其性能。如图所示，试分析其性能。解：求解：求c有有 6lg203lg402lg20100lg20c3100c) 1601)(121() 161(100)(sssssG系统性能分析举例（续）系统性能分析举例（续）得相位裕度为得相位裕度为2 .54)(180c该系统是稳定的。为该系统是稳定的。为型

20、系统，有型系统，有Kv=100 具有闭环主导极点的三阶系统，应用二阶近似具有闭环主导极点的三阶系统，应用二阶近似公式可求取时域指标为：公式可求取时域指标为：5302. 01)tg(2tg42873.2621424cn%7 .14%100%21/ep211. 03nst5.5控制系统的频率法校正控制系统的频率法校正 对已有的系统通过增加一些装置的方式改善其对已有的系统通过增加一些装置的方式改善其性能，提高其指标的过程称为对原有系统进行性能，提高其指标的过程称为对原有系统进行校正，所增加的装置称为校正装置。校正，所增加的装置称为校正装置。1.串联校正串联校正校正方案（续校正方案（续1）2.并联校正

21、并联校正3.反馈校正反馈校正校正方案（续校正方案（续2）4.前馈校正前馈校正校正方案（续校正方案（续3）5.前置校正前置校正6.干扰补偿干扰补偿校正方法校正方法 确定校正装置的结构和参数的过程称为选确定校正装置的结构和参数的过程称为选择校正方法。目前主要有分析法和综合法择校正方法。目前主要有分析法和综合法两类。两类。 分析法分析法 ：将校正装置归结为几种类型，这些校：将校正装置归结为几种类型，这些校正装置结构是已知的而参数可调。根据经验确正装置结构是已知的而参数可调。根据经验确定校正方案，根据系统性能指标要求合理地选定校正方案，根据系统性能指标要求合理地选择某种类型的校正装置并确定其参数。择某

22、种类型的校正装置并确定其参数。 综合法又称期望特性法。它是按照设计任务的综合法又称期望特性法。它是按照设计任务的性能指标来构造期望的数学模型，根据实际系性能指标来构造期望的数学模型，根据实际系统模型与期望模型的差异，合理地选择校正装统模型与期望模型的差异，合理地选择校正装置并确定参数，使校正后的系统达到期望特性。置并确定参数，使校正后的系统达到期望特性。5.5.2基本控制规律和校正装置基本控制规律和校正装置 控制规律是指标正装置所能体现的控制规律是指标正装置所能体现的数学数学特性。特性。比例控制规律比例控制规律(P) 积分控制规律积分控制规律(I)微分控制规律微分控制规律(D)以及由它们组合构

23、成的控制规律。以及由它们组合构成的控制规律。 最基本的控制规律是：最基本的控制规律是：比例控制规律比例控制规律P 该校正装置增益该校正装置增益pcKsG)(对于串联校正而言，串入比例放大器将可对于串联校正而言，串入比例放大器将可以改善系统的以改善系统的稳态误差稳态误差，从而提高控制精，从而提高控制精度。对于一阶系统，提高度。对于一阶系统，提高Kp还可还可降低系统降低系统的惯性的惯性。 例例5.6在单位负反馈系统中进行串联校正，如在单位负反馈系统中进行串联校正，如图所示。试研究图所示。试研究Kp对系统惯性的影响。其中对系统惯性的影响。其中pcKsG)(1)(00TsKsG比例控制举例（续）比例控

24、制举例（续）解：固有系统（解：固有系统（Gc(s)=1）的闭环传递函数为）的闭环传递函数为 11111)(11000000sTKsKTKKKTsKsH11111)(2200000sTKsKKTKKKKKKTsKKsHppppp引入串联校正装置后引入串联校正装置后比例加微分控制规律比例加微分控制规律(PD) dttdrKtrKtmpp)()()()1 ()(sKsGpcPD控制中控制中D控制作用是使系统的反应速度得控制作用是使系统的反应速度得到提高，改变系统的动态性能。到提高，改变系统的动态性能。积分控制规律积分控制规律(I) tidttrKtm0)()(sKsGic)(采用串联校正方案，积分环

25、节的加入可以采用串联校正方案，积分环节的加入可以提高系统的类型，改善稳态性能。提高系统的类型，改善稳态性能。比例加积分控制规律比例加积分控制规律(PI) tippdttrTKtrKtm0)()()()1 ()11 ()(sTsTKsTKsGiipipc积分控制可能破坏系统的稳定性，而采用积分控制可能破坏系统的稳定性，而采用比例加积分控制既提高了系统的类型，同比例加积分控制既提高了系统的类型，同时保证系统的稳定性。时保证系统的稳定性。比例加积分加微分控制规律比例加积分加微分控制规律(PID) tpippdttdrKdttrTKtrKtm0)()()()(sTsTsTKssTKsGiiipipc)

26、 1()11 ()(2PID可以由比例、积分、二阶微分环节串可以由比例、积分、二阶微分环节串接而实现。接而实现。PID控制集中了控制集中了P、I、D的优点的优点使控制效果更好，因此在控制系统中得到使控制效果更好，因此在控制系统中得到广泛应用。广泛应用。校正装置校正装置 校正装置结构校正装置结构已经确定已经确定，使用时只要合理，使用时只要合理地选择参数即可。它可以实现或近似实现地选择参数即可。它可以实现或近似实现相应的控制规律。常用的校正装置有超前相应的控制规律。常用的校正装置有超前校正、滞后校正、滞后校正、滞后校正、滞后超前校正，它们超前校正，它们实现起来都很简单，应用很广泛。实现起来都很简单

27、，应用很广泛。 超前校正超前校正 超前校正的传递函数超前校正的传递函数TTsssGc,11)(1,11TTsTs频率范围之内该装置频率范围之内该装置总是提供正相角，故总是提供正相角，故称为超前。利用超前称为超前。利用超前相角来提高原有系统相角来提高原有系统的的相位裕度相位裕度，达到提，达到提高系统的高系统的稳定性稳定性或改或改善系统的善系统的动态特性动态特性。TT11超前校正参数选择超前校正参数选择超前校正的相频特性为超前校正的相频特性为221) 1(arctanarctanarctan)(TTTTc求导，可求得相移角的最大值及其所出现求导，可求得相移角的最大值及其所出现的频率位置的频率位置

28、TTcm1111arcsin21arctancmcmcmsin1sin1超前校正的实际实现超前校正的实际实现实际的超前校正装置的传递函数实际的超前校正装置的传递函数111)(TsTssGc超前校正的引入将使原有开环放大倍数衰减超前校正的引入将使原有开环放大倍数衰减 倍，若不需要改变原有系统的稳态特性，则倍，若不需要改变原有系统的稳态特性，则应额外增加一个应额外增加一个倍比例放大器倍比例放大器超前超前RC网络网络111)(TsTssGc221RRR CRRRRT2121运算放大器实现的有源超前校正运算放大器实现的有源超前校正1) 1()(TsTsKsGcc132RRRKcCRT4CRRRRRRR

29、RT32434232滞后校正滞后校正 滞后校正的传递函数滞后校正的传递函数1,11)(TsTssGc它与超前校正结构相同而参数不同，它与它与超前校正结构相同而参数不同，它与超前校正是对称的。超前校正是对称的。滞后校正将使高于的频率范滞后校正将使高于的频率范围的幅值衰减程度加大，即围的幅值衰减程度加大，即对系统对系统高频段具有衰减特性高频段具有衰减特性，这就降低了系统的截止频率，这就降低了系统的截止频率，从而改善系统的稳定性和改从而改善系统的稳定性和改善动态性能。善动态性能。 滞后校正仅提高稳态性能举例滞后校正仅提高稳态性能举例滞后校正装置的实际实现滞后校正装置的实际实现运算放大器构成的滞后校正

30、装置运算放大器构成的滞后校正装置1) 1()(TsTsKsGcc132RRRKcCRT3322RRR滞后滞后超前校正超前校正 滞后滞后超前校正是上述二种校正的结合产物，超前校正是上述二种校正的结合产物，它可以集二者优点，近似地实现了它可以集二者优点，近似地实现了PID1111)(222111sTsTsTsTsGc1221, 1, 1TT 若统一起来若统一起来11211111)(1122sTsTsTsTsGc一种滞后一种滞后超前校正装置超前校正装置 ) 1)(1() 1)(1(212211sTsTsTsTKGcc1532RRRRKc132CRT 532522RRRRR241CRT 4541RRR

31、 5.5.3分析法的串联校正分析法的串联校正 伯德图法实现超前校正的设计步骤：伯德图法实现超前校正的设计步骤：1. 根据给定的指标将其根据给定的指标将其转换为频域指标转换为频域指标；2. 对固有系统进行分析，对固有系统进行分析，确定需要调节的指标确定需要调节的指标；3. 确定校正确定校正方法方法并确定并确定参数参数； 当确定使用超前校正时，确定达到相位裕度要求的补当确定使用超前校正时，确定达到相位裕度要求的补偿角偿角 ，常取为常取为515 ， 定定取取 ，使超前校正装置的最大补偿，使超前校正装置的最大补偿量正好出现在校正后的量正好出现在校正后的c处，即处，即m= c，求取，求取T，列出，列出校

32、正装置传递函数校正装置传递函数Gc(s)。 检验。绘制伯德图，不满足要求就重复此过程。检验。绘制伯德图，不满足要求就重复此过程。0mlg20| )(|lg200cjG频率特性法实现超前校正举例频率特性法实现超前校正举例例例5.7单位负反馈系统开环传递函数如下，要单位负反馈系统开环传递函数如下，要求系统在单位斜坡信号作用下误差求系统在单位斜坡信号作用下误差ess0.1，开，开环剪切频率环剪切频率c4.4，45，-20lgKg G(s)，于是近似有，于是近似有 则则C(s)比比C1(s) 小小1+G(s)倍。所以负反馈倍。所以负反馈能明显减弱参数变化对系统性能的影响。能明显减弱参数变化对系统性能的

33、影响。串联补偿不具备这个特点。串联补偿不具备这个特点。代替固有部分中不希望的环节代替固有部分中不希望的环节 希望用另一个环节希望用另一个环节Gel(s)代替代替G2(s)，用反馈，用反馈补偿。反馈补偿设计的任务就是使补偿。反馈补偿设计的任务就是使G2(s)、Fc(s)组成的副回路的特性满足要求，从而组成的副回路的特性满足要求，从而代替原有的环节代替原有的环节G2(s) )()(1)()()()(221sFsGsGsXsYsGce代替不希望的环节（续）代替不希望的环节（续）)()(1)()(221jFjGjGjGce当当|G2(j)Fc(j)|1，有，有 )(1)(1jFjGce在该频段内，原有

34、的环节在该频段内，原有的环节G2(s)被被1/Fc(s)代替代替 当当|G2(j)Fc(j)|1，有，有 )()()()(20sFsGsGsGc20lg|G2(j)Fc(j)|=20lg|G0(j)|20lg|G(j)| 可求出可求出G2(s)Fc(s)以及以及Fc(s) 当当|G2(j)Fc(j)|1 ，有，有 )()(0sGsG反馈补偿网络的设计步骤反馈补偿网络的设计步骤1. 绘出系统固有部分的开环对数幅频特性。绘出系统固有部分的开环对数幅频特性。2. 根据性能指标要求绘制系统期望开环对数根据性能指标要求绘制系统期望开环对数幅频特性。幅频特性。3. 求反馈补偿网络的对数幅频特性。求反馈补偿

35、网络的对数幅频特性。4. 校核设计的系统是否满足性能指标。校核设计的系统是否满足性能指标。反馈补偿网络的设计举例反馈补偿网络的设计举例例例5.10系统框图见下，图中系统框图见下，图中Fc(s)是反馈补偿网络。是反馈补偿网络。系统的性能指标为：开环放大系数系统的性能指标为：开环放大系数K=200，最大，最大超调超调p25，过渡过程时间，过渡过程时间ts0.5s。求反馈补。求反馈补偿网络。偿网络。解：解：) 1025. 0)(11 . 0(200)(0ssssG画系统固有部分的开环幅频特性图画系统固有部分的开环幅频特性图反馈补偿网络的设计举例（续反馈补偿网络的设计举例（续1）根据性能指标和期望高低

36、频段相同画根据性能指标和期望高低频段相同画20 lg|G(j)|绘出绘出20 lg|G2(j)Fc(j)|见图见图ABCD。反馈补偿网络的设计举例（续反馈补偿网络的设计举例（续2）由图，由图，G2(s)Fc(s)的转折频率为的转折频率为1=4rad/s，2=10rad/s，3=40rad/s。111111)()(32112ssssKsFsGc4rad/s，G2(s)Fc(s)=K1s，20lg|G2Fc|=20lgKl 当当K1=1时，时，=0.4，故，故K1=1/0.4=2.5。()()()1025. 011 . 0125. 05 . 2)()(2sssssFsGc125. 05 . 0)(

37、)()()(222sssGsFsGsFcc经检验，满足设经检验，满足设计要求。计要求。 系列设计：磁盘驱动器读入系统系列设计：磁盘驱动器读入系统本章小结本章小结 本章介绍控制理论中系统分析和综合的极本章介绍控制理论中系统分析和综合的极为重要的方法：频率特性法。首先介绍频为重要的方法：频率特性法。首先介绍频率特性的基本概念；然后介绍基本环节的率特性的基本概念；然后介绍基本环节的频率特性，伯德图绘制和开环传递函数的频率特性，伯德图绘制和开环传递函数的转换；接着介绍各个频段的分析方法。最转换；接着介绍各个频段的分析方法。最后详细介绍了频率法校正的控制规律、校后详细介绍了频率法校正的控制规律、校正装置

38、、串联校正和反馈校正。正装置、串联校正和反馈校正。本章重点及要求本章重点及要求 重点掌握基本环节频率特性，伯德图的绘重点掌握基本环节频率特性，伯德图的绘制和由伯德图求开环传递。制和由伯德图求开环传递。 重点掌握低频中误差系统的计算，中频中重点掌握低频中误差系统的计算，中频中剪切频率的计算。剪切频率的计算。 掌握掌握PID的控制规律。的控制规律。 理解超前、滞后进行校正的原理及过程。理解超前、滞后进行校正的原理及过程。 理解反馈降低系统灵敏度的原理。理解反馈降低系统灵敏度的原理。精品课件精品课件！精品课件精品课件！练习与思考练习与思考 课后课后5.1 ，5.3(2)(5)(8)(9)画伯德图画伯德图，5.4， 5.5 ，5.6，5.7 ，5.34