手纹乱频率特性的伯德图 课件_理学_高等教育_教育专区。22 频率特性的伯德图 机械工程及自动化教育专业 学科基础课 职教师资培养 控制工程工作坊 主讲教师：李久胜 副教授 电子信箱：授课单位：浙工大教科学
22 频率特性的伯德图 机械工程及自动化教育专业 学科基础课 职教师资培养 控制工程工作坊 主讲教师：李久胜 副教授 电子信箱：.cn 授课单位：浙工大教科学院，课程与教学论研究所 授课学期：2017年秋季学期 浙江工业大学教科学院 文件: 总学时：48 控制工程工作坊 专题22 频率特性的伯德图.1 22 频率特性的伯德图 学习单元 建模 顺序控制 反馈控制 U1 自动控制 的类型 U2 反馈控制 系统数学 模型 U3 一阶反馈 控制系统 设计 U4 二阶反馈 控制系统 的设计 U5 控制系统 校正的根 轨迹法 1-2 电梯 选层控制 3-4 电梯 速度控制 5-6 传递 函数模型 7-8 控制 系统仿线 直流 电机调速 系统结构 10 开环 系统设计 11 闭环 系统设计 学科体系/设计过程 时域/频域 分析 一阶系统 二阶系统 典型 系统法 设计（校正） 根轨迹法 频率 特性法 T1 电梯控制 系统仿真 单元 工作任务 单元总结 控制 类型 数学 基础 10 开环 系统设计 11 闭环 系统设计 13 二阶 系统阶跃 响应 14 二阶 系统仿线 电梯速度 控制系统 建模 系 统 建 模 12 一阶 系统综合 分析设计 一阶 系统 二阶 系统 18 根轨迹 法 19 设计PI 控制器 ? ? 17 高阶系统分析方法 22 U6 21 线性 控制系统 系统的频 频域分析 23 浙江工业大学教科学院 率响应 和设计 典型环节的频率 特性伯德图 稳定性分析 频域 频域性能指标及 文件: 专题22 频率特性的伯德图 设计 .2 24 利用 频率特性 设计反馈 控制系统 T3 采用P调节 器设计电 梯速度控 制系统 T4 采用I调节 器设计电 梯速度控 制系统 T5 采用根轨 迹法设计 电梯速度 控制系统 T6 采用频率 特性法设 计电梯的 速度控制 16 二阶 系统综合 分析设计 典 型 环 节 20 时域 分析总结 工 程 设 计 控制工程工作坊 22 频率特性的伯德图 循序渐进 系统设计 单元2 频率特性法 学 科 体 系 根轨迹法 典型系统法 二阶环节 一阶环节 数学模型 工 作 任 务 工作情境 贯穿项目 1 贯穿项目 2 建模 P 调节器 I 调节器 PI 调节器 PI 调节器 单元 3 单元4 单元6 电梯速度控制系统 汽车速度控制系统 控制工程工作坊的课程结构 浙江工业大学教科学院 文件: 专题22 频率特性的伯德图.3 控制工程工作坊 22 频率特性的伯德图 ? 教学进度 单元 自动控制的类型 反馈控制系统的数学模型 一阶反馈控制系统的设计 二阶反馈控制系统的设计 控制系统时域分析和设计 21 U6 控制系统频域分析和设计 22 23 24 浙江工业大学教科学院 文件: 专题 1~4 5~8 9~12 13~16 17~20 线性系统的频率响应和频率特性 频率特性的伯德图 频域性能指标及频域稳定性分析 利用频率特性设计反馈控制系统 控制工程工作坊 专题22 频率特性的伯德图.4 22 频率特性的伯德图 专题22 频率特性伯德图 ? 本专题将介绍频率特性的另外一种图形表示方式。 将幅频特性和相频特性分别画在两个图中，这样就 组成了伯德图。伯德图物理意义明确，渐近线绘制 方法简单，取得了广泛的应用。 ? 本专题主要内容 ? 伯德图的组成和绘制方法 ? 频率特性中基本因子项的伯德图 ? 绘制伯德图的叠加 ? 根据频率特性渐近线推算系统的传递函数 浙江工业大学教科学院 文件: 专题22 频率特性的伯德图.5 控制工程工作坊 22 频率特性的伯德图 学习活动 22.1 频率特性的对数坐标图 频率特性的对数坐标图——伯德图 ? 伯德图的组成（2个图） 幅值的 对数运算 ? 幅值与频率关系图（即幅频特性图） ? 相位与频率关系图（即相频特性图） 20lg G( j? ) ?G( j? ) 幅频特性图 浙江工业大学教科学院 相频特性图 对数 文件: 专题22 频率特性的伯德图.6 分度 控制工程工作坊 22 频率特性的伯德图 ? 总的开环频率特性与各环节频率特性之间的关系 Gc ( j? ) ? r1 (? ) ? e j?1 (? ) , Go ( j?) ? r2 (?) ? e j?2 (? ) (11.2.11) Gc ( j?) ? Go ( j?) ? r1 (?)r2 (?) ? e j[?1 (? )??2 (? )] ? r (?) ? e j? (? ) (11.2.12) 叠加 乘变加 r (? ) ? r1 (? ) ? r2 (? ) ? (?) ? ?1 (?) ? ?2 (?) lg ? r (?)? ? lg ? r1 (?) ? r2 (?)? ? lg ? r1 (?) ? ? lg ? r2 (?) ? 幅值的 对数运算 浙江工业大学教科学院 文件: 专题22 频率特性的伯德图.7 控制工程工作坊 22 频率特性的伯德图 ? 频率特性的幅值增益的单位：分贝dB 20lg G( j? ) ? 简单地说，分贝就是放大器增益的单位。 ? 电学中分贝与放大倍数的转换关系为： ?功率增益： AP(dB)=10lg(Po/Pi) ?电压/电流增益：AV(I)(dB)=20lg[Vo/Vi(Io/Ii)] ? 使用分贝做单位主要有三大好处 ?数值变小，读写方便：对于上千、上万的放大倍 数，用分贝表示先取个对数，数值就小得多。 ?运算方便：如多级放大器的总放大倍数为各级放 大倍数相乘，用分贝（对数运算）则可改用相加。 ?符合听感，估算方便：人听到声音的响度是与功 率的相对增长呈正相关的。分贝与增益的相对增长 成正比。 浙江工业大学教科学院 文件: 专题22 频率特性的伯德图.8 控制工程工作坊 22 频率特性的伯德图 L(? ) ? 20lg G( j? ) ? 伯德图的坐标系 lg ? 对数分度 -2 -1 0 1 2 对数增益与 频率的关系 ? (? ) ? ?G( j? ) 对数 分度 lg ? 相移与频率 的关系 浙江工业大学教科学院 文件: 专题22 频率特性的伯德图.9 对数分度 控制工程工作坊 22 频率特性的伯德图 0 十倍频程 1 1.301 2 lg ? ? 浙江工业大学教科学院 文件: 专题22 频率特性的伯德图.10 对数线性分度 控制工程工作坊 22 频率特性的伯德图 学习活动 22.2 伯德图的绘制方法 渐近线 浙江工业大学教科学院 文件: 专题22 频率特性的伯德图.11 控制工程工作坊 22 频率特性的伯德图 渐近线 浙江工业大学教科学院 文件: 专题22 频率特性的伯德图.12 控制工程工作坊 22 频率特性的伯德图 一阶系统的伯德图渐近线 Bode Diagram Magnitude (dB) -10 -20 -30 -40 0 ? 转折频率 ?1 ? 1/ ? 低通滤波 相位滞后 Phase (deg) -45 ? 渐近线 Frequency (rad/sec) 画在 黑板上 控制工程工作坊 浙江工业大学教科学院 文件: 专题22 频率特性的伯德图.13 22 频率特性的伯德图 浙江工业大学教科学院 文件: 专题22 频率特性的伯德图.14 控制工程工作坊 22 频率特性的伯德图 转折 频率 1/ ? 伯德图的渐近 线 dB/dec 之间虽然存在 误差，但是基 本上反映了频 率特性的大致 规律 ?45? /dec 伯德图的渐近 线很容易绘制 ，可以用作对 系统频率特性 的定性分析。 低通滤波 相位滞后 浙江工业大学教科学院 文件: 专题22 频率特性的伯德图.15 控制工程工作坊 22 频率特性的伯德图 浙江工业大学教科学院 文件: 专题22 频率特性的伯德图.16 控制工程工作坊 22 频率特性的伯德图 浙江工业大学教科学院 文件: 专题22 频率特性的伯德图.17 控制工程工作坊 22 频率特性的伯德图 学习活动 22.3 基本因子项的伯德图 ? 频率特性中的基本因子项 基本 因子项 浙江工业大学教科学院 文件: 专题22 频率特性的伯德图.18 控制工程工作坊 22 频率特性的伯德图 ? 项的伯德图 浙江工业大学教科学院 文件: 专题22 频率特性的伯德图.20 控制工程工作坊 22 频率特性的伯德图 浙江工业大学教科学院 文件: 专题22 频率特性的伯德图.22 控制工程工作坊 22 频率特性的伯德图 浙江工业大学教科学院 文件: 专题22 频率特性的伯德图.23 控制工程工作坊 22 频率特性的伯德图 ? 原点处极点项的伯德图 浙江工业大学教科学院 文件: 专题22 频率特性的伯德图.24 控制工程工作坊 22 频率特性的伯德图 浙江工业大学教科学院 文件: 专题22 频率特性的伯德图.26 控制工程工作坊 22 频率特性的伯德图 浙江工业大学教科学院 文件: 专题22 频率特性的伯德图.27 控制工程工作坊 22 频率特性的伯德图 学习活动 22.4 绘制伯德图的叠加 浙江工业大学教科学院 文件: 专题22 频率特性的伯德图.37 控制工程工作坊 22 频率特性的伯德图 尾 1 形式 浙江工业大学教科学院 文件: 专题22 频率特性的伯德图.38 控制工程工作坊 22 频率特性的伯德图 5 1 ? ? 的伯德图 j? j? ? 2 ? 1 40 Magnitude (dB) 5 20log Bode Diagram j? ( j? ? 2 ? 1) 5 过0dB频率 ? ? 5 j? 20 log 5 叠加 ? 1 20log j? ? 2 ? 1 0 ＋ ?40dB/dec 4 ?40 0 ?90 ?180 10?2 叠加 Phase (deg) ? arctan(?? ) ? (?) ? ?90? ? arctan(?? ) Frequency (rad/sec) 0.5 5 0 10 10 文件: 专题22 频率特性的伯德图.39 0.05 10?1 102 控制工程工作坊 浙江工业大学教科学院 22 频率特性的伯德图 浙江工业大学教科学院 文件: 专题22 频率特性的伯德图.41 控制工程工作坊 22 频率特性的伯德图 浙江工业大学教科学院 文件: 专题22 频率特性的伯德图.42 控制工程工作坊 22 频率特性的伯德图 浙江工业大学教科学院 文件: 专题22 频率特性的伯德图.43 控制工程工作坊 22 频率特性的伯德图 学习活动 22.5 根据频率特性渐近线推算传递函数 浙江工业大学教科学院 文件: 专题22 频率特性的伯德图.44 控制工程工作坊 22 频率特性的伯德图 浙江工业大学教科学院 文件: 专题22 频率特性的伯德图.45 控制工程工作坊 22 频率特性的伯德图 浙江工业大学教科学院 文件: 专题22 频率特性的伯德图.46 控制工程工作坊 22 频率特性的伯德图 浙江工业大学教科学院 文件: 专题22 频率特性的伯德图.47 控制工程工作坊 22 频率特性的伯德图 浙江工业大学教科学院 文件: 专题22 频率特性的伯德图.48 控制工程工作坊 22 频率特性的伯德图 第15周 周二交 专题 22 作业 第3组 编写专题22 总结诗 下次课 ? 专题23 频率特性的伯德图 浙江工业大学教科学院 文件: 专题22 频率特性的伯德图.49 控制工程工作坊