頻率響應(yīng)法--極坐標圖
控制系統(tǒng)中的時滯環(huán)節(jié)是典型的非最小相位系統(tǒng)。關(guān)于此點無論從它的近似展開式或其完整形式均可證明。同時從圖5-30可以明顯看出,最小相位系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為零,而非最小相位系統(tǒng)則是發(fā)散的。因此,對于控制系統(tǒng)而言,相位滯后越大,系統(tǒng)的穩(wěn)定性越差,因此應(yīng)盡可能減小或避免時滯環(huán)節(jié)對控制系統(tǒng)的影響。
5.3.4 系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)幅頻特性與閉環(huán)穩(wěn)態(tài)誤差的關(guān)系
對于一定的輸入信號,控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差與系統(tǒng)的類型和開環(huán)放大倍數(shù)有關(guān)。在給定了系統(tǒng)的開環(huán)幅頻特性曲線后,即可根據(jù)其低頻段的位置或斜率確定其穩(wěn)態(tài)位置誤差系數(shù) 、速度誤差系數(shù) 和加速度誤差系數(shù) 。對數(shù)幅頻特性的低頻段是由因式 來表征的,對于實際的控制系統(tǒng), 通常為0span '>、1或2。下面分析系統(tǒng)的類型與對數(shù)幅頻特性曲線低頻漸近線斜率的對應(yīng)關(guān)系及 、 和 值的確定。
1.0型系統(tǒng)
圖5-31 0型系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性 |
設(shè)0型系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性為
則其對數(shù)幅頻特性的表達式為
據(jù)此作出對數(shù)幅頻特性曲線的漸近線如圖5-31所示。由圖可見,0型系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性低頻段具有如下特點:
1) 低頻段的漸近線斜率為0 dB/dec,高度為 ;
2) 如果已知幅頻特性低頻段的高度,即可根據(jù)式: 求出位置誤差系數(shù) 的值,進而計算系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。
2、I型系統(tǒng)
設(shè)I型系統(tǒng)的頻率特性為
其對數(shù)幅頻特性的表達式為
由上式作出的對數(shù)幅頻特性曲線的漸近線如圖5-32所示。
不難看出,I型系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性有如下的特點:
1)低頻漸近線的斜率為 。
2)低頻段漸近線(或其延長線)在 處的縱坐標值為 ,由此可求出穩(wěn)態(tài)速度誤差系數(shù) 。
3)開環(huán)增益即穩(wěn)態(tài)速度誤差系數(shù) 在數(shù)值上也等于低頻漸近線(或其延長線)與0dB線相交點的頻率值。
3、Ⅱ型系統(tǒng)
設(shè)Ⅱ型系統(tǒng)的頻率特性
其對數(shù)幅頻特性的表達式為
由上式作出對數(shù)幅頻特性曲線的漸近線如圖5-33所示。易知,Ⅱ型系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性有如下的特點:
1) 低頻漸近線的斜率為 。
2)和I型系統(tǒng)一樣,低頻漸近線(或其延長線)在 處的縱坐標值為 由此可求出穩(wěn)態(tài)加速度誤差系數(shù) 。
3) 系統(tǒng)的開環(huán)增益即加速度誤差系數(shù) 在數(shù)值上也等于低頻段漸近線(或其延長線)與0dB線相交點的頻率值和平方。
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