典型環(huán)節(jié)的頻率-特性仿真分析解析

1、實(shí)驗(yàn)二 典型環(huán)節(jié)的頻率 特性仿真分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅?）熟悉如何通過(guò)MATLAB語(yǔ)言編程來(lái)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。（2）通過(guò)繪制典型環(huán)節(jié)的頻率特性曲線，正確理解頻率特性的概念，明確頻率特性的物理意義。二、實(shí)驗(yàn)主要儀器和設(shè)備裝有Matlab軟件的計(jì)算機(jī) 三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分別改變以下幾個(gè)典型環(huán)節(jié)的相關(guān)參數(shù)，觀察系統(tǒng)（或環(huán)節(jié)）的頻率特性，并分析其相關(guān)參數(shù)改變對(duì)頻率特性的影響。 比例環(huán)節(jié)（K）積分環(huán)節(jié)（ ）一階慣性環(huán)節(jié)（ ）一階微分環(huán)節(jié)（ ）典型二階環(huán)節(jié)（ ）四、實(shí)驗(yàn)方法wn=5;k=1; g1=tf(k*wn*wn,1 2*0.4*wn wn*wn);g2=tf(k*wn*wn,1 2*0.8*wn wn*w

2、n);g3=tf(k*wn*wn,1 2*1.2*wn wn*wn);figure(1);step(g1);hold onstep(g2);hold onstep(g3);figure(2)bode(g1);hold onbode(g2);hold onbode(g3);figure(3);nyquist(g1);hold onnyquist(g2);hold onnyquist(g3);五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄(1) 比例環(huán)節(jié) G(S)= K ; 參數(shù)值分別為K1= 1 ；K2= 2 ；K3= 3 ；單位階躍響應(yīng)曲線：Bode 圖：Nyquist曲線：（2）積分環(huán)節(jié) G(S)= ;參數(shù)值分別為T(mén)i1

3、= 1 ；Ti2= 2 ；Ti3= 3 ；單位階躍響應(yīng)曲線：Bode 圖Nyquist曲線：(3)一階慣性環(huán)節(jié)G(S)= ; 令K不變（取K= 1 ），改變Tc取值：Tc1= 1 ；Tc2= 2 ；Tc3= 3 ；單位階躍響應(yīng)曲線：Bode 圖：Nyquist曲線（4）一階微分環(huán)節(jié) G(S)= ; 改變TD取值：TD1= 1 ；TD2= 2 ；TD3= 3 ；單位階躍響應(yīng)曲線：Bode 圖：Nyquist曲線：（5）典型二階環(huán)節(jié)G(S)= ；令K不變（取K= 1 ）， 令n= 5 ，取不同值：1=0；2= 0.2 ,3= 0.5 ,（01）；4=1；5= 1.2 （1）；單位階躍響應(yīng)曲線：Bo

4、de 圖：Nyquist曲線： 令=0，n取不同值：n1= 1 ；n2= 2 ；Bode 圖：Nyquist曲線： 令=0.216，n取不同值：n1= 1 ；n2= 2 ；Bode 圖：Nyquist曲線六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析Nyquist圖（1）比例環(huán)節(jié)的幅頻特性、相頻特性均與頻率無(wú)關(guān)。（2）積分環(huán)節(jié)的幅相頻率特性圖，在0的范圍內(nèi),幅頻特性與負(fù)虛軸重合。（3）一階慣性環(huán)節(jié)是一個(gè)位于第四象限的半圓，圓心為(1/2,0),直徑為1。 若慣性環(huán)節(jié)的比例系數(shù)變?yōu)镵，則幅頻特性成比例擴(kuò)大K倍，而相頻特性保持不變，即奈氏圖仍為一個(gè)半圓，但圓心為(K/2,0),直徑為K。由慣性環(huán)節(jié)的奈氏圖可知，慣性環(huán)節(jié)為低通濾

5、波器，且輸出滯后于輸入，相位滯后范圍為 0- 90（4）由一階微分環(huán)節(jié)的奈氏圖可知，一階微分環(huán)節(jié)具有放大高頻信號(hào)的作用，輸入頻率越大，放大倍數(shù)越大；且輸出超前于輸入，相位超前范圍為090，輸出對(duì)輸入有提前性、預(yù)見(jiàn)性作用。（5）振蕩環(huán)節(jié)具有相位滯后的作用，輸出滯后于輸入的范圍為0-180；同時(shí)的取值對(duì)曲線形狀的影響較大，可分為以下兩種情況 1. 0.707幅頻特性A()隨的增大而單調(diào)減小，如圖5-12中1所對(duì)應(yīng)曲線，此刻環(huán)節(jié)有低通濾波作用。當(dāng)1時(shí)，振蕩環(huán)節(jié)有兩個(gè)相異負(fù)實(shí)數(shù)極點(diǎn)，若足夠大，一個(gè)極點(diǎn)靠近原點(diǎn)，另一個(gè)極點(diǎn)遠(yuǎn)離虛軸（對(duì)瞬態(tài)響應(yīng)影響很?。问锨€與負(fù)虛軸的交點(diǎn)的虛部為1/(2)0，奈氏圖

6、近似于半圓，即振蕩環(huán)節(jié)近似于慣性環(huán)節(jié)2. 00.707當(dāng)增大時(shí)，幅頻特性A()并不是單調(diào)減小，而是先增大，達(dá)到一個(gè)最大值后再減小直至衰減為0。Bode 圖：（1）比例環(huán)節(jié)可以完全、真實(shí)地復(fù)現(xiàn)任何頻率的輸入信號(hào)，幅值上有放大或衰減作用；()=0,表示輸出與輸入同相位，既不超前也不滯后。（2）表明積分環(huán)節(jié)是低通濾波器，放大低頻信號(hào)、抑制高頻信號(hào)，輸入頻率越低，對(duì)信號(hào)的放大作用越強(qiáng)；并且有相位滯后作用，輸出滯后輸入的相位恒為90。（3）積分環(huán)節(jié)與理想微分環(huán)節(jié)的對(duì)數(shù)幅頻特性相比較，只相差正負(fù)號(hào)，二者以軸為基準(zhǔn)，互為鏡象；同理，二者的相頻特性互以軸為鏡象?？梢?jiàn)，理想微分環(huán)節(jié)是高通濾波器，輸入頻率越高，對(duì)信號(hào)的放大作用越強(qiáng)；并且有相位超前作用，輸出超前輸入的相位恒為90，說(shuō)明輸出對(duì)輸入有提前性、預(yù)見(jiàn)性作用。（4）一階微分環(huán)節(jié) 1. 低頻段 在T1(或1(或1/T)的區(qū)段,可以近似地認(rèn)為高頻漸近線是一條斜線, 斜率為20dB/dec, 當(dāng)頻率變化10倍頻時(shí),L()變化20dB。轉(zhuǎn)折頻率為T(mén)=1/T。（5）二階振