自动控制理论-频率特性性能指标.ppt

自动控制理论-频率特性性能指REPORTING2023WORKSUMMARY目录CATALOGUE频率特性基本概念频率特性性能指标频率特性与系统稳定性关系频率特性与系统动态性能关系频率特性在控制系统设计中的应用实验与案例分析PART01频率特性基本概念系统对正弦输入信号的稳态输出与输入信号的频率之间的关系。频率响应描述系统或它的元部件对不同频率正弦输入信号的稳态响应特性。频率特性频率响应与频率特性表示增益的增减同信号频率之间的关系，用A(ω)表示。表示输出信号与输入信号的相位差（即相移）Φ(ω)与频率ω的关系。幅频特性与相频特性相频特性幅频特性以频率为参变量，将系统的幅频特性和相频特性用极坐标系中的矢量表示。极坐标图对数坐标图对数幅相图在对数坐标纸上描绘的频率特性曲线，横坐标采用对数分度，纵坐标采用线性分度。横坐标为相角φ(ω)，纵坐标为对数幅频特性的频率特性曲线，称为对数幅相图。030201频率特性表示方法PART02频率特性性能指标描述系统稳定性的一个重要指标，表示系统增益在临界稳定时与不稳定时之间的差距。幅值裕度越大，系统稳定性越好。幅值裕度反映系统相位在临界稳定时与不稳定时之间的差距。相位裕度越大，系统稳定性越好，且对参数变化的鲁棒性越强。相位裕度幅值裕度与相位裕度谐振频率系统在某一特定频率下发生谐振现象，此时系统的输出响应达到最大值。谐振频率是评价系统动态性能的重要指标之一。谐振峰值在谐振频率处，系统的输出响应达到的最大值。谐振峰值越小，说明系统对谐振的抑制能力越强，动态性能越好。谐振频率与谐振峰值带宽表示系统能够有效传输信号的频率范围。带宽越宽，系统传输信号的能力越强，但同时也可能引入更多的噪声和干扰。截止频率在带宽范围内，系统输出响应下降到某一规定值（如-3dB）时的频率。截止频率反映了系统对高频信号的衰减能力，是评价系统频域性能的重要指标之一。带宽与截止频率PART03频率特性与系统稳定性关系稳定系统频率特性特点幅频特性稳定系统的幅频特性曲线在低频段通常较平坦，随着频率的增加，幅值逐渐减小。在高频段，幅值迅速降低，表明系统对高频信号的衰减能力较强。相频特性稳定系统的相频特性曲线在低频段接近线性，相位延迟随频率增加而增加。在高频段，相位延迟趋于稳定或略有下降。不稳定系统的幅频特性曲线可能在某些频率范围内出现峰值，表明系统对某些频率的信号具有放大作用。这可能导致系统产生振荡或不稳定行为。幅频特性不稳定系统的相频特性曲线可能出现较大的相位滞后，使得系统在特定频率下的输出与输入之间存在较大的相位差。这可能导致系统无法及时响应输入信号的变化，从而影响系统的稳定性。相频特性不稳定系统频率特性分析稳定裕度与系统稳定性关系稳定裕度是指系统在保持稳定的前提下，能够承受的最大参数变化范围。它是衡量系统稳定性的一种重要指标。稳定裕度定义稳定裕度与系统的频率特性密切相关。一个具有较大稳定裕度的系统，其频率特性曲线通常较为平缓，且相位滞后较小。这意味着系统能够在较大的参数变化范围内保持稳定。相反，一个稳定裕度较小的系统，其频率特性曲线可能较为陡峭，且相位滞后较大，使得系统在较小的参数变化下就可能失去稳定性。稳定裕度与频率特性的关系PART04频率特性与系统动态性能关系峰值系统响应的最大偏离量。延迟时间系统响应从初始状态到达设定值所需时间。上升时间系统响应从初始状态到达峰值所需时间。超调量系统响应超过设定值的量。调节时间系统响应从初始状态到达并保持在设定值附近所需时间。动态性能指标概述03幅值裕度影响系统抗干扰能力和鲁棒性，幅值裕度越大，系统抗干扰能力越强，鲁棒性越好。01截止频率影响系统响应速度和带宽，截止频率越高，系统响应速度越快，带宽越宽。02相位裕度影响系统稳定性和阻尼比，相位裕度越大，系统越稳定，阻尼比越小。频率特性对动态性能影响增加开环增益增加相位补偿环节采用串联校正网络采用并联校正网络改善动态性能方法提高系统对误差的敏感性，加快响应速度，但可能导致系统不稳定。在系统中串联校正网络以改善频率特性，提高动态性能指标。改善系统相位特性，提高稳定性和阻尼比，但可能降低响应速度。在系统中并联校正网络以改善幅相特性，提高抗干扰能力和鲁棒性。PART05频率特性在控制系统设计中的应用