控制工程基础

控制工程基础第1页，课件共161页，创作于2023年2月第2页，课件共161页，创作于2023年2月第3页，课件共161页，创作于2023年2月第4页，课件共161页，创作于2023年2月第5页，课件共161页，创作于2023年2月第6页，课件共161页，创作于2023年2月第7页，课件共161页，创作于2023年2月第8页，课件共161页，创作于2023年2月第9页，课件共161页，创作于2023年2月第10页，课件共161页，创作于2023年2月第11页，课件共161页，创作于2023年2月第12页，课件共161页，创作于2023年2月第13页，课件共161页，创作于2023年2月第14页，课件共161页，创作于2023年2月第15页，课件共161页，创作于2023年2月第16页，课件共161页，创作于2023年2月第17页，课件共161页，创作于2023年2月第18页，课件共161页，创作于2023年2月第19页，课件共161页，创作于2023年2月第20页，课件共161页，创作于2023年2月复阻抗－无源网络（补充:）第21页，课件共161页，创作于2023年2月第22页，课件共161页，创作于2023年2月第23页，课件共161页，创作于2023年2月第24页，课件共161页，创作于2023年2月第25页，课件共161页，创作于2023年2月

瑞典裔美国通信工程师。1889年生于瑞典，1907年移居美国。

1914年北达科他大学电气工程系理学士，1915年获理学硕士，1917年获耶鲁大学物理系哲学博士。20年代以研究电话传输问题闻名。在1917～1934年任美国电话电报公司（AT&T）工程师期间的1932年发现负反馈放大器稳定性条件－奈奎斯特稳定判据。据此，可以直接根据系统开环传递函数来判定闭环的稳定性。奈奎斯特还是杰出的发明家，在美国就有138项专利。

H.乃奎斯特（Nyquist）－1889～1976：第26页，课件共161页，创作于2023年2月第27页，课件共161页，创作于2023年2月两个复平面（映射关系）：复自变量平面s=σ+jω；复变函数映射平面G(jω)=Re[G(jω)]

+jIm[G(jω)]

=Re(ω)+jIm(ω)=U(ω)+jV(ω)第28页，课件共161页，创作于2023年2月极坐标图两种作图方法：幅频，相频特性法实频，虚频特性法第29页，课件共161页，创作于2023年2月幅频，相频特性法：－直接用频率特性定义绘制极坐标图：0→∞之间选取若干（特殊）频率ω；计算A(ω),φ(ω)；根据A(ω),φ(ω)在G(jω)平面中逐点作图。第30页，课件共161页，创作于2023年2月－计算实频和虚频特性，绘制极坐标图实频特性：虚频特性：实频，虚频特性法：幅频，相频特性与实频，虚频特性换算关系：第31页，课件共161页，创作于2023年2月典型六大环节：复习:第32页，课件共161页，创作于2023年2月第33页，课件共161页，创作于2023年2月第34页，课件共161页，创作于2023年2月第35页，课件共161页，创作于2023年2月第36页，课件共161页，创作于2023年2月第37页，课件共161页，创作于2023年2月则极坐标图位于第4象限实频，虚频特性作图法：[1/(Ts+1)]第38页，课件共161页，创作于2023年2月求一些特殊点的实频、虚频值ω0ω1（1/T)∞

U（ω）11/20V（ω）0－－1/20－乃氏图－圆心(1/2,0)，半径1/2的圆作图可得：G平面：第39页，课件共161页，创作于2023年2月幅频，相频作图法：极坐标图位于第4象限第40页，课件共161页，创作于2023年2月第41页，课件共161页，创作于2023年2月第42页，课件共161页，创作于2023年2月第43页，课件共161页，创作于2023年2月特殊点的幅频、相频值与虚轴交点第44页，课件共161页，创作于2023年2月极值判定公式：振荡环节的谐振－幅频特性的极值：第45页，课件共161页，创作于2023年2月谐振发生的临界条件：不存在极值，无谐振，单调减小：

谐振产生条件：极值判定公式：第46页，课件共161页，创作于2023年2月☆

延迟环节极坐标图－单位圆，ω从0－∞变化，顺时针方向旋转无穷多圈第47页，课件共161页，创作于2023年2月第48页，课件共161页，创作于2023年2月第49页，课件共161页，创作于2023年2月第50页，课件共161页，创作于2023年2月补充例题：绘制如下系统频率特性的

极坐标图

（闭环为振荡环节的开环）解：第51页，课件共161页，创作于2023年2月特殊点的幅频、相频值

第52页，课件共161页，创作于2023年2月实频，虚频特性法：第3象限第53页，课件共161页，创作于2023年2月第54页，课件共161页，创作于2023年2月第55页，课件共161页，创作于2023年2月第56页，课件共161页，创作于2023年2月一般情况：第57页，课件共161页，创作于2023年2月第58页，课件共161页，创作于2023年2月低频渐近特性方程：第59页，课件共161页，创作于2023年2月第60页，课件共161页，创作于2023年2月第61页，课件共161页，创作于2023年2月高频渐近特性方程：高频渐近特性曲线：n-m=0高频渐近线位置：正实轴顺时针穿越n–m象限趋于原点第62页，课件共161页，创作于2023年2月低频，高频渐近特性的适用性：适用于最小相位系统不完全适用于非最小相位系统非最小相位环节（系统）：s右半平面有开环零点或极点的环节（系统）非最小相位系统的低频，高频有渐近特性－具体分析第63页，课件共161页，创作于2023年2月适用于最小相位系统：实例－惯性环节，振荡环节，补充例题（闭环为振荡环节的开环）第64页，课件共161页，创作于2023年2月不完全适用于非最小相位系统：实例高频渐近特性曲线－不适用：低频渐近特性曲线－适用：非最小相位系统名称由来低频不适用；高频适用第65页，课件共161页，创作于2023年2月第66页，课件共161页，创作于2023年2月与实轴交点：v=0例－绘制极坐标图:（ω=-

∞→+∞），实频，虚频法，幅频相频法，特定ω=0+，GH(jω)=-K(τ1+τ2)+j(-∞)ω=∞，GH(jω)=0-+j0低频渐近线：高频渐近线：第67页，课件共161页，创作于2023年2月ω＝－∞ω＝0－-K(τ1+τ2)+j(-∞)第68页，课件共161页，创作于2023年2月第69页，课件共161页，创作于2023年2月回顾：极坐标图的重要性：－乃奎斯特稳定判据的基础极坐标图的局限性：（1）绘制极坐标图比较麻烦；（2）在现有系统中增加零点、极点，频率特性需重新计算，极坐标图需重新绘制；（3）在现有系统中增加零点或极点的作用，增加前后的效果比较很难从极坐标图中得到体现。针对极坐标图的局限性，出现了对数坐标图－伯德图。伯德图引言第70页，课件共161页，创作于2023年2月第71页，课件共161页，创作于2023年2月HendrikWadeBode(伯德)

b.December,24,1905,inMadison,Wisconsin,U.S.A.,d.June21,1982,U.S.A.HendrikWadeBodecontributedtoelectricalengineeringandsystemsdesign.Hereceivedpatentsfortransmissionnetworks,transformersystems,electricalwaveamplification,broadbandamplifiers,andartillery炮兵computing.However,hisnameismainlyrememberedbecauseofBodeplotusedinimpedance阻抗analysisnamedafterhim.HereceivedhisB.A.Degreein1924fromOhioStateUniversityandhisM.A.Degreefromthesameinstitutionin1926.Duringthistime,hewasateachingassistantforoneyear.ComingimmediatelytoBellTelephoneLaboratories,hebeganhiscareerwithelectricfilterandequalizer补偿器design.Threeyearslater,in1929,hetransferredtotheMathematicalResearchGroup,wherehespecializedinresearchpertaining有关toelectricalnetworkstheoryandtoitsapplicationtolongdistancecommunicationfacilities.WhileemployedatBellLaboratories,heattendedColumbiaUniversityGraduateSchool,andreceivedthePh.D.Degreein1935.H.W.Bodein1938usedthemagnitudeandphasefrequencyresponseplotsofacomplexfunction.

Heinvestigatedclosed-loopstabilityusingthenotions概念ofgainandphasemargin.

第72页，课件共161页，创作于2023年2月第73页，课件共161页，创作于2023年2月第74页，课件共161页，创作于2023年2月第75页，课件共161页，创作于2023年2月伯德图的优越性：

(1)频率对数刻度－可同等分辨率描述从低频到高频各频段的频率特性（线性分度难以描述低频段），即提高低频特性的分辨率；

(2)对数幅值（分贝）－幅频乘除简化为加减；分贝值线性刻度－便于典型环节幅频曲线叠加为系统幅频特性曲线；

(3)典型环节幅频（相频）近似曲线（折线）－叠加为系统频率特性近似曲线方便；精确曲线＝系统近似曲线+修正。第76页，课件共161页，创作于2023年2月频率特性的对数坐标图－伯德图（曲线）频率－对数刻度频率－对数刻度相频特性－线性刻度幅频特性－幅值对数dBL(ω)线性刻度第77页，课件共161页，创作于2023年2月频率对数刻度的优越性：线性刻度：描述0.01~0.1,0.1~1,1~10频率特性，困难。第78页，课件共161页，创作于2023年2月－频率ω在坐标图中距频率ω0的距离L－10倍频程的长度伯德图中横坐标上的点对应的频率？频率ω在伯德图中横坐标上的位置？两个问题的答案：伯德图读，画的两个重要问题：第79页，课件共161页，创作于2023年2月第80页，课件共161页，创作于2023年2月第81页，课件共161页，创作于2023年2月第82页，课件共161页，创作于2023年2月(3)

微分环节第83页，课件共161页，创作于2023年2月多重积分、微分环节伯德图1积分环节微分环节第84页，课件共161页，创作于2023年2月传递函数互为倒数的典型环节伯德图关系：结论：幅频曲线关于0dB线对称；相频曲线关于0º线对称。1积分，微分环节伯德图对称性涉及：积分环节，微分环节；惯性环节，一阶微分环节；振荡环节，二阶微分环节。第85页，课件共161页，创作于2023年2月第86页，课件共161页，创作于2023年2月第87页，课件共161页，创作于2023年2月惯性环节伯德图近似曲线－相频近似曲线：转角（交接）频率转角（交接）频率相频近似曲线幅频近似曲线第88页，课件共161页，创作于2023年2月惯性环节对数幅频、相位角的精确值和近似值τ=T第89页，课件共161页，创作于2023年2月0.52惯性环节精确伯德图：－精确公式计算；近似曲线+误差曲线（修正）第90页，课件共161页，创作于2023年2月第91页，课件共161页，创作于2023年2月第92页，课件共161页，创作于2023年2月幅频曲线：与惯性环节关于0dB线对称；相频曲线：与惯性环节关于0º线对称。包括：精确曲线，幅频、相频特性近似曲线第93页，课件共161页，创作于2023年2月第94页，课件共161页，创作于2023年2月第95页，课件共161页，创作于2023年2月二阶环节伯德图－近似曲线，0.1<ζ<1幅频近似曲线相频近似曲线第96页，课件共161页，创作于2023年2月二阶微分环节伯德图：幅频曲线：与二阶振荡环节关于0dB线对称；相频曲线：与二阶振荡环节关于0º线对称。包括：精确曲线，幅频、相频特性近似曲线第97页，课件共161页，创作于2023年2月第98页，课件共161页，创作于2023年2月第99页，课件共161页，创作于2023年2月第100页，课件共161页，创作于2023年2月系统幅频特性＝各典型环节的幅频特性之积伯德图采用对数幅频特性的优越性对数座标图上：系统幅频特性＝各典型环节的幅频特性之和－相加方便，近似曲线更方便第101页，课件共161页，创作于2023年2月系统相频特性＝各典型环节的相频特性相加－对数座标图上容易相加，近似曲线更方便第102页，课件共161页，创作于2023年2月第103页，课件共161页，创作于2023年2月第104页，课件共161页，创作于2023年2月第105页，课件共161页，创作于2023年2月第106页，课件共161页，创作于2023年2月第107页，课件共161页，创作于2023年2月第108页，课件共161页，创作于2023年2月第109页，课件共161页，创作于2023年2月第110页，课件共161页，创作于2023年2月第111页，课件共161页，创作于2023年2月☆第112页，课件共161页，创作于2023年2月第113页，课件共161页，创作于2023年2月☆第114页，课件共161页，创作于2023年2月第115页，课件共161页，创作于2023年2月☆第116页，课件共161页，创作于2023年2月第117页，课件共161页，创作于2023年2月第118页，课件共161页，创作于2023年2月第119页，课件共161页，创作于2023年2月第120页，课件共161页，创作于2023年2月第121页，课件共161页，创作于2023年2月第122页，课件共161页，创作于2023年2月第123页，课件共161页，创作于2023年2月第124页，课件共161页，创作于2023年2月第125页，课件共161页，创作于2023年2月第126页，课件共161页，创作于2023年2月第127页，课件共161页，创作于2023年2月第128页，课件共161页，创作于2023年2月第129页，课件共161页，创作于2023年2月第130页，课件共161页，创作于2