频域分析课程设计--用频域法分析系统的稳定性及改进措施

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1、 自动控制理论 课程设计报告书报告书 设计题目：设计题目：用频域特性法分析系统稳定性 及改进措施 专专 业：业： 自动化 班班 级级： 学生姓名学生姓名: : 学学 号号: : 指导教师指导教师： 2013 年 3 月 24 日 课程设计任务书课程设计任务书 专业： 自动化 班级： 3 学生姓名 学号 课程名称 自动控制原理 设计题目 用频域法分析系统的稳定性及改进措施 设计目的、 主要内容 （参数、 方 法） 及要求 1、用频域法分析系统的稳定性 2、奈氏稳定判据 3、奈氏图，伯德图 4、根据频域法分析法原理对非稳定系统进行改进 5、掌握用频域法分析系统的稳定性 工作量 2 周 进度安排 3

2、 月 11 日到 3 月 13 日准备材料 3 月 14 日到 3 月 22 日写材料 3 月 23 日到 3 月 24 日制图 主要参考 资料 1 谢红卫. 现代控制系统. 高等教育出版社，2007 2 胡寿松. 自动控制原理. 科学出版社，2007 3 黄忠霖. 自动控制原理的 MATLAB 实现. 国防工业出版社，,2007 4 黄 坚. 自动控制原理及其应用，2003 指导教师 签字 系主任签字 年 月 日 摘 要 用时域分析法分析和研究系统的动态特性和稳态误差最为直观和准确， 但是，用解析方法求解高阶系统的时域响应往往十分困难。此外，由于高阶 系统的结构和参数与系统动态性能之间没有明

3、确的函数关系，因此不易看出 系统参数变化对系统动态性能的影响。当系统的动态性能不能满足生产上要 求的性能指标时，很难提出改善系统性能的途径。 本章介绍的频域分析法是研究控制系统的一种经典方法，是在频域内应 用图解分析法评价系统性能的一种工程方法。频率特性可以由微分方程或传 递函数求得，还可以用实验方法测定。频域分析法不必直接求解系统的微分 方程，而是间接地揭示系统的时域性能，它能方便的显示出系统参数对系统 性能的影响，并可以进一步指明如何设计校正。 频率特性法是一种图形与计算相结合的方法，它是通过系统的频率特性 来分析系统性能，利用系统的开环频率特性来分析闭环系统性能，避免了繁 杂的求解运算，

4、计算量较小，是一种常用的分析和控制系统的方法。对于高 阶系统而言， 闭环系统稳定的充要条件是： 特征方程根的实部必须全小于零。 频率分析法通过分析开环频率特性与闭环频率特性之间的关系，进而推导出 奈奎斯特稳定判据，借助奈氏图与伯德图对开环系统频率特性的分析，可清 晰地判定其闭环系统的稳定性。并且，采用相位裕量和幅值裕量 g K两个 性能指标来衡量系统的相对稳定性，即系统相对的稳定程度。 关键词：频率特性法;伯德图;奈氏图;相位裕量;幅值裕量;开环特性 闭环特性;稳定性 目目 录录 1.1.频率特性法的介绍频率特性法的介绍 1 1 1.1 频率特性的定义 1 1.2 频率特性的几何表示法. 1

5、1.2.1 幅相频率特性曲线 . 1 1.2.2 对数频率特性曲线 . 1 1.3 用实验法确定系统的传递函数 . 2 1.4 用频率特性法分析系统稳定性 . 3 1.4.1 开环频率特性与闭环特征式之间的关系 3 1.4.2 相角变化量和系统稳定的关系 4 1.4.3 奈奎斯特稳定判据 . 4 1.4.4 中含有积分环节的奈氏稳定判据 5 1.4.5 奈氏稳定判据的使用表述及对数频率稳定判据 5 1.4.6 稳定裕量与系统的相对稳定性 . 6 2.2.具体事具体事例例 9 9 3.3.改善措施改善措施 1313 4.4.总结与体会总结与体会 1414 5.5.参考文献参考文献 1515 15

6、15 1 1.频率特性法的介绍频率特性法的介绍 系统频率特性的表示方法很多，其本质上都是一样的，只是表示形式不 同而已。工程上用频率法研究控制系统时，主要采用的是图解法。因为图解 法可方便、迅速地获得问题的近似解。每一种图解法都是基于某一形式的坐 标图表示法。频率特性图示方法是描述频率从0变化时频率响应的幅 值、相位与频率之间关系的一组曲线，由于采用的坐标系不同可分为两类图 示法或常用的三种曲线：即极坐标图示法和对数坐标图示法或幅相频率特性 曲线、对数频率特性曲线和对数幅相频率特性曲线。 1.1 频率特性的定义频率特性的定义 系统的幅频特性 |)(|)(jGA 系统的相频特性 )()(jG)()(jHjG 系统的频率特性 （幅相特性） js jGjj sGjGejGeA