本章主要是通过应用频率特性研究线性系统的经典方法(频率分析法),介绍频率特性的基本概念和频率特性曲线的绘制方法,研究频率域稳定判据和频域性能的指标估算。

一、奈奎斯特图的绘制

②概略图法绘制
以                                  G\left( s \right) H\left( s \right) =\frac{1}{s\left( s+1 \right) \left( s+3 \right)}         为例,分为五个步骤将开环传递函数进行典型环节分解,并令s=jw,得:尾一型

G\left( jw \right) H\left( jw \right) =\frac{1}{3}\frac{1}{jw\left( jw+1 \right) \left( \frac{1}{3}jw+1 \right)}

求w=0+起点的幅值和相位


我们可以知道,复变函数相乘,其幅值相乘,相角相叠加

计算是可以采用:

A(w)=\left | G\left( jw \right) H\left( jw \right) \right |=\frac{1}{3}\frac{1}{wj}=\infty

\phi (w)=0^{\circ}-arctan\frac{3w}{0}=-90°

可得,起点在第三象限虚轴左侧的位置

为什么这里不是右侧呢?
因为在原频率特性中还有(jw+1)这样的项,在w=0+时,有一个很小的正角度,使得最后的φ(w)的绝对值实际上大于90°。

求w=+∞终点的幅值和相位

当w=+∞:
A(w)=\left | G\left( jw \right) H\left( jw \right) \right |=\frac{1}{3}\frac{1}{jw\left( jw+1 \right) \left( \frac{1}{3}jw+1 \right)} w\rightarrow \infty =0

\phi (w)=arctan(分子)-arctan(分母)=0°+0°-arctan\frac{\infty}{0}-arctan\frac{\infty}{1}-arctan\frac{\frac{1}{3}\infty}{0}=-270°

φ(w)=0°+(0°−(90°+90°+90°))=−270°
可得,终点在第二象限靠近原点的位置

为什么这里不是右侧呢?
将上述传递函数展开,发现实部为负值,虚部为正值,为第二象限。主要看实部是否小于零。

4.求曲线与虚轴的交点
令频率特性中实部为0,求出自变量频率w的值,再代入到频率特性的虚部中,即可求得与虚轴交点。
5.求曲线与实轴的交点
令频率特性中虚部为0,求出自变量频率w的值,再代入到频率特性的实部中,即可求得与实轴交点

 

注意本例中分母为jw、(jw+1)、(1/3jw+1),三者对应的相角范围为:90°、(0,90°)、(0,90°),所以φ(w) ϵ (−90°,−270°),所以Nyquist曲线只在二、三象限,其与虚轴没有交点,与实轴的交点在负半轴。(概略图只需交点的大致位置即可)

清楚的奈奎斯特图绘制讲解

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