第四章系统的瞬态响应及误差分析-教学目的(精)

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Nyquist图的一般形状为: 考虑如下系统:

K(?1j??1)(?2j??1)?(?mj??1)G(j?)?(j?)?(T1j??1)(T2j??1)?(Tn??j??1)◎ 0型系统(v = 0)

n?m

◎ I型系统(v = 1)

II型系统(v = 2)

◎ 开环含有v个积分环节系统,Nyquist曲线起自幅角为-v90°的无穷远处。 ◎ n = m时,Nyquist曲线起自实轴上的某一有限远点,且止于实轴上的某一有限远点。

◎ n > m时,Nyquist曲线终点幅值为0 ,而相角为-(n-m)×90°

◎ 不含一阶或二阶微分环节的系统,相角滞后量单调增加。含有一阶或二阶微分环节的系统,由于相角非单调变化, Nyquist曲线可能出现凹凸。

4-4 最小相位系统的概念

1、最小相位系统

在右半s平面内既无极点也无零点的传递函数,称为最小相位传递函数;具有最小相位传递函数的系统称为最小相位系统。 2、非最小相位系统

反之,在右半s平面内有极点和(或)零点的传递函数,称为非最小相位传递函数。具有非最小相位传递函数的系统,称为非最小相位系统。

在具有相同幅值特性的系统中,最小相位传递函数(系统)的相角范围,在所有这类系统中是最小的。任何非最小相位传递函数的相角范围,都大于最小相位传递函数的相角范围。 例如:

结论:由图可见,三个系统具有相同的幅频特性,但相频特性不同,最小相位系统的相位变化范围最小。其相位角为:-(n-m)×90o,而非最小相位系统存在着过大的相位滞后,这不仅影响系统的稳定性,也影响系统的快速性。

4-5 闭环频率特性与频域性能指标

1、闭环频率特性

R(s)?E(s)G(s)C(s)H(s)

若闭环传递函数为F(s)?G(s)

1?G(s)H(s)则F(jw)称作闭环频率特性。 分析闭环频率特性的目的:

※ 闭环幅频特性的最大值(谐振峰值Mr )是系统相对稳定性的一种常用指标。 ※稳定性判别方法对于单回路反馈系统可直接使用,但对多回路反馈系统需要

将内回路转变为闭环环节进行分析。 闭环频率特性的求取方法:

※ 解析法 ※ 几何法

等M圆(等幅值轨迹) 等N圆(等相位轨迹) Nichols图等 2、频域性能指标

频域性能指标是根据闭环控制系统的性能要求制定的。常用频域性能指标:零频幅值M0、谐振频率ωr与谐振峰值Mr、截止频率ωb与带宽、相位裕量和幅值裕量(下一章介绍)等

1)零频幅值M(0)

频率接近于零时,系统输出幅值与输入幅值之比:

2)谐振频率ωr及谐振峰值Mr

若当w=0的幅值为M(0)=1时,M的最大值Mr称作谐振峰值,在谐振峰值处的频率wr称为谐振频率。 若M(0)?1,则谐振峰值Mr为

Mr?Mmax(wr),又称相对谐振峰值。

M(0)

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