第五章线性系统的频域分析法.ppt

第五章线性系统的频域分析法
第一页，本课件共有48页
提示：
　　信号的分解：信号可分解为三角函数的线　　
　　　　　　　　性组合（傅里叶级数与傅里叶变换）
　　基本信号：正弦信号　频率特性
特点：
图解法，计算量小
物性环节的频率特性：
幅频特性
低频高频渐近线的交点为： ，
，称为转折频率或交接频率。
低频段：当 时，
这是一条斜率为-20dB/Dec的直线
第十八页，本课件共有48页
图中，红、绿线分别是低频、高频渐近线，蓝线是实际曲线。
渐近对数幅频特性曲线
第十九页，本课件共有48页
波德图误差分析（实际频率特性和渐近线之间的误差）：
当 时，误差为：
当 时，误差为：
最大误差发生在
处，为
第二十页，本课件共有48页
相频特性：
由图不难看出相频特性曲线在半对数坐标系中对于( w0, -45°)点是斜对称的，这是对数相频特性的一个特点。当时间常数T变化时，对数幅频特性和对数相频特性的形状都不变，仅仅是根据转折频率1/T的大小整条曲线向左或向右平移即可。而当增益改变时，相频特性不变，幅频特性上下平移。
第二十一页，本课件共有48页
⒋ 振荡环节的频率特性：
讨论 时的情况。当K=1时，频率特性为：
幅频特性为：
相频特性为：
对数幅频特性为：
低频段渐近线：
高频段渐近线：
两渐进线的交点 称为转折频率。斜率为-40dB/Dec。
第二十二页，本课件共有48页
相频特性：
几个特征点：
由图可见：
对数相频特性曲线在半对数坐标系中对于( w0, -90°)点是斜对称的。
对数幅频特性曲线有峰值。
第二十三页，本课件共有48页
对 求导并令等于零，可解得 的极值对应的频率 。
该频率称为谐振峰值频率。可见，当 时， 。当 时，无谐振峰值。当 时，有谐振峰值。
当 ， ， 。
因此在转折频率附近的渐近线依不同阻尼系数与实际曲线可能有很大的误差。
第二十四页，本课件共有48页
左图是不同阻尼系数情况下的对数幅频特性和对数相频特性图。上图是不同阻尼系数情况下的对数幅频特性实际曲线与渐近线之间的误差曲线。
第二十五页，本课件共有48页
⒌ 微分环节的频率特性：
微分环节有三种：纯微分、一阶微分和二阶微分。传递函数分别为：
频率特性分别为：
第二十六页，本课件共有48页
① 纯微分：
第二十七页，本课件共有48页
② 一阶微分：
这是斜率为+20dB/Dec的直线。低、高频渐进线的交点为
相频特性：几个特殊点如下
相角的变化范围从0到 。
低频段渐进线：
高频段渐进线：
对数幅频特性（用渐近线近似）：
第二十八页，本课件共有48页
第二十九页，本课件共有48页
幅频和相频特性为：
③ 二阶微分环节：
低频渐进线：
高频渐进线：
转折频率为： ，高频段的斜率+40dB/Dec。
相角：
可见，相角的变化范围从0~180度。
第三十页，本课件共有48页
第三十一页，本课件共有48页
⒍ 延迟环节的频率特性：
传递函数：
频率特性：
幅频特性：
相频特性：
第三十二页，本课件共有48页
7. 非最小相位环节
定义：在右半S平面上既无极点也无零点，同时无纯滞后环节的系统是最小相位系统，相应的传递函数称为最小相位传递函数；反之，在右半S平面上具有极点或零点，或有纯滞后环节的系统是非最小相位系统，相应的传递函数称为非最小相位传递函数。
非最小相位系统对数幅频特性与系统函数有一一对应的关系
第三十三页，本课件共有48页
小结
比例环节和积分环节的频率特性
惯性环节的频率特性—低频、高频渐进线，斜率-20，转折频率

振荡环节的频率特性—波德图：低频、高频渐进线，斜率-40，转折频率
微分环节的频率特性—有三种形式：纯微分、一阶微分和二阶微分。分别对应积分、一阶惯性和振荡环节
延迟环节的频率特性
第三十四页，本课件共有48页
二、开环幅相特性曲线的绘制
①
②
③
④
⑤
：穿越频率
例
第三十五页