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文档简介
15.2
Elemental
Bode
DiagramsWe
will learn
how
to
plot
Bode
Diagrams
of
simple(elemental)
TFs
and
then
learn
how
to
combine
them.In
general
an
open-loop
TF
will
have
the
following
form:一阶微分环节二阶微分环节m1m2
][1
2
i
s2s(1T
s)KG(s)
i1l1nl2
l
nl比例环节2
][1
2n1k1n2r1nrnr
r
k
s2(1T
s)s
s<0微分环节>0积分环节惯性环节振荡环节n1
n2
2
i1
l
1
nl
nl
K
m1(1
jTi
)m2
[122
j
2
]lG(
j)
G(s)
|s
j]k
1r
1nrr2nrk
[1
j2(1
jT
)(
j)1)
Proportional
elementG(s)
KG(
j
)
K4030K=10020K=10M
K10090o
45o0o-45o-90oM
db
20
lg
K
(
)
0·增益K为常数,对数
幅频特性为一水平直线,改变K,会上升或下降,
相应的相角不变,为0;·
K>1,分贝值为正,K<1,分贝值为负。10-11001011022)
Integral
element1jG(
s
)
1
G(
j
)
s211
j
G(
j
)
j
eM
()
1M
20lg
1
20lgdb()
9040200
20dB
/
dec-20=1时,对数幅频特性为0
-90o
45o0o分40贝,斜率为-20dB/dec;相角为常数-90o-45o-90o传递函数包含(j)-n时,对数幅频特性为-n20lg
,相频特性为-90on。10-11001011023) Differential
elementG(s)
sG(
j
)
j4020020dB
/
dec-20-4090o
45o-45o0ojG(
j
)
j
e
2M(
)
Mdb
20lg
(
)
90·与积分环节的对数频率特性以横轴互为镜像;n·传递函数包含(j)时,对数幅频特性为n20lg
,相频特性为90on。-90o10-11001011024)
Inertial
element11
20
lg12T
22T
240200lo ss
filterstraight-line
approximation2
3,()
45M
db
()
20
lg
1
时,TMdb
()
20lg
1
时,
20dB
/
decthe
true
curveTM
db
(
)
0,
(
)
0
时,1T-20-4090o
45o0o-45o-90o0.01/T
0.1/T1/T
10/T100/TM
db
( )
20
lg
T
,
( )
90
The
low-frequency
asymptoteis
0db,
the
high-frequencyasymptote
is
–20db/dec.break
frequency
=1/T;Phase
is
central
symmetryabout
(1/T,
-45º).·
For
(1+jT)-n,
The
low-frequencyasymptote
is
0db,
the
high-frequencyasymptote
is n*20db/dec;
Phase
iscentral
symmetry
about
(1/T,
-n*45º).5)-order
differential
element4020the
exact
curve-20020dB
/
decstraight-line
approximationM
db
()
20
lg
2T
2
1( )
arctan
T1
时,TMdb
()
20lg 2
3,()
45-4090o
45o0o
1
时,-45o-90o0.01/T
0.1/T1/T
10/T100/TTMdb
()
0,(
)
0
1
时,TMdb
()
20
lgT
,(
)
901This
plots
are
symmetry
about
the
frequency
axis
with
those
ofFor
(1+jT)n,
the
low-frequency
asymptote
is
0db,
the
high-1
Tsfre
uenc
as
m tote
is
n*20db/dec;
Phase
is
central
s
mmetr
about(1/T,
n*45º).6)
Second-order
oscillatory
element
(振荡环节)4020Mdb
()
20
lg0straight-line
approximation
40dB
/
decnn2n
(
)
arctan-20-40-602n
21
(Depend
on
and
/
n)
180o90o
时,0onnMdb
( )
0,
( )
0
时,0.1
1
10
100n-90o-180o),()
180nMdb
()
40lg(nwhen
(break
frequency)dbM
()
20
lg
2
,
()
90The
asymptote
is
independent
of
.The
discrepancy
depends
upon
.Phase
is
central
symmetry
about(ωn,
-90º).=0==3.0=1.0
,
M
()
1,G(j
)趋近于半圆=0.2=0.1=n令dM
()
0d122
1
2r
nr0
2
时,有谐振频率
1
2
2
,谐振峰值M
=0.1=0.220=0.3=0.50=1.0=0.7Approximate
magnitude-20-40=0.140dB
/
dec=0.2=0.3=0.5=0.7-90=1.0-1807)
Second-order
Differential
elementn
22n22ns22s
1
G(
j)
1
jG(s)
2j
arctann2
n222nn2n2
21)
eG
(
j
)
(1
)
(n
n时,dbM
()
0,
()
0
时,when
n(break
frequency)Mdb
()
20
lg
2
,(
)
90( )
180nMdb
( )
40
lg(
),6222
2M
db
(
)
20
lg
(1
2
)
(
)nn
2604020Approximate
magnitude40dB
/
dec2nn
21
( )
arctan0-20-40180o90o-90o0o()
180ndb(Depend
on
and
/
n)
n时,Mdb
()
0,
()
0
n时,M
()
40
lg(
),-180o0.1110100nwhen
n(break
frequency)Mdb
()
20
lg
2
,
()
90Asymptotes
of
Bode
diagrams4040
dB
/
dec200-20=1.0=0.7=0.5=0.3=0.2=0.118090=1.0=0.7=0.5=0.3=0.2=0.1njs8)
Delay
element
(延迟环节)G
(
s
)
e
j
G
(
j
)
ec(t)1(t
)r(t
)0-11M
(
)
1,
M
db
(
)
0( )
(rad
)
57.3
(oMdb200Magnitude
is
independentof
.Phase
angle
depends
on
and
τ.-200o-90o-180o0.111010015.3 Steps
for
Plotting
Bode
Diagramsnnj
i
(
)i1GH
(
j
)
GH
(s)
|s
j
Mi
()
ei
1ni1Mdb
20
lg
M
()
20
lg
Mi
()nLogarithmic(对数化)
(
)
i
(
)i
1Method
1:
directly
adding
component
parts
(SP
15.2
)GH
(s)
500(s
2)s(s
20)(s2
4s
100)Preparation
Step
–
Writing
the
open-loop
frequency
response
inBode
form
ly:0.5(
1
s
1)GH
(s)
24s21s(
s
1)(
1
s
1)20
100
100Step
1–
Calculate
the
break
frequencies:
1
1;
2
2;
3
10
4
20Step
2–
Determine
the
frequency
range
to
be
plotted:0.1
200Step
3–Plot
the
straight-line
magnitude
approximationStep
4–
Graphically
add
all
element
magnitudes.Step
5–
Plot
Deviations(画出转折频率处的偏差)Step
6–
Complete
the
magnitude
curve.Step
7–
Plot
the
individual
phase
diagram
of
the
components.Step
8–
Graphically
add
all
element
phases.Method
2:•开环传函典型环节分解;•
将各环节的交接频率标在半对数坐标图的
轴上;开环传函典型环节分解;将各环节的交接频率标在半对数坐标图的轴上;•
低频段渐近特性曲线,即
<
bmin频段内,由积分环节和低频段渐近特性曲线,即<bmin频段内,由积分环节和开环增益决定K开环增益决定M( )
20
lg
20
lg
K
20
lg
(
)
90
db直线斜率为-20vdB/dec,还需确定直线上一点:K
K在<bmin范围内,任选一点0,计算Mdb
(0
)
20
lg
K
20v
lg0取频率为0=1,则Mdb
(1)
20
lg
K低频渐近线或其延长线与0分贝线的交点
v
v000
0
1
K
v
or
K
0
:20
lg•
对数幅频渐近曲线为分段折线,每一个交接频率处,曲线斜率发生变化,变化规律取决于该交接频率对应的典型环节的种类;•每两个相邻交接频率之间为直线对数幅频渐近曲线为分段折线,每一个交接频率处,曲线斜率发生变化,变化规律取决于该交接频率对应的典型环节的种类;每两个相邻交接频率之间为直线2
1sM
db
(
2
)
M
db
(1
)
k
(dB
/
dec
)lg
lg
直线方程:TypicalelementsTransferFunctionCrossoverre
uencSlopechange-orderelements11
Ts1T-
20dB/dec1
Ts20dB/decSecond-orderelements1s
2
2
s
1
2
n
nn-
40dB/decs
2
2
s
1
2
n
n40dB/decMinimum-phase
system:
分子m次,分母n次,
=∞时,幅频渐近线斜率为-(n-m)
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