第7章系统频率响应仿真课件

functiony=f(x)symxifx<5y=0elseifx>10y=2*xelsey=(1-x)/4endx=input('x=')ifx<5y=0elseifx>10y=2*xelsey=(1-x)/4end9/2/20231functiony=f(x)x=input('x=')8/function[sysm1,sysm2]=modelm4(sysp)m1=sysp(1);m2=sysp(2);k=sysp(3);c=sysp(4);A=[0010;0001;-k/m1k/m1-c/m1c/m1;k/m2-k/m2c/m2-c/m2];B=[0001/m2]';C=[0100];M=[1000];D=0;sys2=ss(A,B,C,D);sys1=ss(A,B,M,D);sysm2=tf(sys2);sysm1=tf(sys1);sysp=[123810000.1];[X1_F,X2_F]=modelm4(sysp)9/2/20232function[sysm1,sysm2]=modelm4试用MATLAB语言表示如图所示系统。当分别以x2和f为系统输出、输入时的传递函数模型和状态空间模型。Transferfunction:0.1786s^2+0.02551s+0.3571-------------------------------------s^4+0.2679s^3+2.005s^2+0.25sfunction[sysm]=modelm3(sysp)k=sysp(1);c1=sysp(2);c2=sysp(3);m1=sysp(4);m2=sysp(5);A=[0100;-k/m1-c1/m10c1/m1;0001;0c1/m20-(c1+c2)/m2];B=[0001/m2]';C=[0010];D=0;sys1=ss(A,B,C,D);sysm=tf(sys1);sysp=[70.50.23.55.6];X2_F=modelm3(sysp)9/2/20233试用MATLAB语言表示如图所示系统。当分别以x2和f为9/2/202348/2/202341/(m2s2)c1s1/(m1s2)╳╳╳kc2s－－－－Fx2x1FkFc1Fc1Fc2clcsys0=tf(1,[3.500])sys1=feedback(sys0,7,-1)sys05=tf([0.50],1)sys2=series(sys1,sys05)sys3=feedback(sys2,1,-1)sys4=tf(1,[5.600])sys02=tf([0.20],1)sys5=feedback(sys4,sys02,-1)[n,d]=tfdata(sys1,'v')sys7=tf(d,n)sys8=series(sys7,sys3)sys=feedback(sys5,sys8,-1)9/2/202351/(m2s2)c1s1/(m1s2)╳╳╳kc2s－－－－9/2/202368/2/20236第7章系统频率响应及其仿真频率特性的一般概念频率特性的图解方法频率特性的MATLAB函数离散系统的频域仿真系统分析图形用户界面系统的频域分析9/2/20237第7章系统频率响应及其仿真频率特性的一般概念频率特性的图解7.1频率响应与频率特性频率特性是控制工程最基本的概念之一何谓频率响应？频率响应有什么特性？如何求系统的频率响应？为什么可以用频率响应来研究系统的性能？何谓频率特性？演示程序：pltxys.mdl9/2/202387.1频率响应与频率特性频率特性是控制工程最基本的概念之一7.1.1频率特性的概念与定义频率响应的特点：稳定系统Xi=AisinωtXo=Ao(ω)sin[ωt+φ(ω)]幅值比它是频率ω的函数，称为幅频特性；相位差它是频率ω的函数，称为相频特性。结论幅值比、相位差随频率ω变化频率响应的这种特性，用频率特性描述。9/2/202397.1.1频率特性的概念与定义频率响应的特点：稳定系统Xi频率特性的定义线性稳定系统在正弦信号作用下，当频率从零变化到无穷时，稳态输出与输入的幅值比、相位差随频率变化的特性，称为频率特性。频率特性由幅频特性和相频特性两部分组成。幅频特性相频特性系统稳态正弦输出信号与相应的正弦输人信号的幅值之比随输入频率的变比而变化的特性称为幅频特性，它描述了系统对输入信号幅值的放大、衰减特性。系统稳态正弦输出信号与相应的正弦输入信号的相位之差随输入频率的变化而变化的特性称为相频特性，它描述了系统输出信号相位对输入信号相位的超前、迟后特性。9/2/202310频率特性的定义线性稳定系统在正弦信号作用下，当频率从频率特性的求取方法两个复数积或商的模等于两个复数的模的积或商；两个复数积或商的相位等于两个复数的相位的和（加）或差（减）。注意复数的运算：9/2/202311频率特性的求取方法两个复数积或商的模等于两个复数的模的积或商求系统的稳态输出已知系统传递函数和输入，求该系统的稳态输出。

解：求稳态输出，首先必须求得幅频特性和相频特性。①求频率特性②求稳态输出9/2/202312求系统的稳态输出已知系统传递函数和输入，求该系统的稳态输出。7.1.2频率特性的图解方法设系统的频率特性为9/2/2023137.1.2频率特性的图解方法设系统的频率特性为8/2/20Bode图坐标系

9/2/202314Bode图坐标系8/2/2023147.1.3稳定裕量相位裕度γ

在幅值交界频率上，使系统达到临界稳定状态所需附加的相位滞后量。幅值裕度Kg

在相位交界频率上，使开环幅值达到1所需放大的倍数，用Kg或GM表示。

定义式定义式计算式计算式9/2/2023157.1.3稳定裕量相位裕度γ在幅值交界频率上，使系统在BODE图上的幅值、相位裕度9/2/202316在BODE图上的幅值、相位裕度8/2/2023167.2频率特性的MATLAB函数频率响应的计算频率特性的图示方法9/2/2023177.2频率特性的MATLAB函数频率响应的计算频率特性的图7.2.1频率响应的计算Y=polyval（P，X）Abs（Y）Angle（Y）幅频特性相频特性例7—1多项式计算指令多项式系数向量jωh=freqs（b,a,w）[h,w]=freqs（b,a）[h,w]=freqs（b,a,f）freqs（b,a,w）9/2/2023187.2.1频率响应的计算Y=polyval（P，X）Abs例7-19/2/202319例7-18/2/202319例7-29/2/202320例7-28/2/202320例7-2的图图7—2图7—39/2/202321例7-2的图图7—2图7—38/2/2023217.2.2频率特性图示法Nyquist图的绘制Bode图的绘制计算幅值、相位裕度例7-3K=5，K=30nyquist(sys)nyquist(sys,w)nyquist(sys1,sys2,...,sysn)[re,im,w]=nyquist(sys)nyquist(sys1,sys2,...,sysn,w)9/2/2023227.2.2频率特性图示法Nyquist图的绘制Bode图的例7-3的程序9/2/202323例7-3的程序8/2/2023237.2.2频率特性图示法Bode图的绘制计算幅值、相位裕度bode(sys)bode(sys,w)bode(sys1,sys2,...,sysn)bodemag(sys)[mag,phase,w]=bode(sys)margi(sys)[Gm,Pm,Wcg,Wcp]=margi(sys)[Gm,Pm,Wcg,Wcp]=margi(mag,phase,w)9/2/2023247.2.2频率特性图示法Bode图的绘制计算幅值、相位裕度例7-4和7-5的程序9/2/202325例7-4和7-5的程序8/2/2023257.3离散系统频域仿真Z变换例7-69/2/2023267.3离散系统频域仿真Z变换例7-68/2/202326例7-6仿真结果9/2/202327例7-6仿真结果8/2/202327仿真结果9/2/202328仿真结果8/2/2023287.4

系统分析图形用户界面⑴在指令窗中建立系统模型⑵在指令窗中输入：ltiview⑶点击菜单File，选择Import⑷在LTI浏览器中，选择sys，调入图7-14LTIViewer窗口图7-15系统模型调入窗口⑸显示调入系统模型的仿真曲线9/2/2023297.4系统分析图形用户界面⑴在指令窗中建立系统模型⑵在指令例7-7LTIViewer使用演示在窗口中右击，弹出现场功能菜单。9/2/202330例7-7LTIViewer使用演示在窗口中右击，弹出现场现场菜单的主要功能PlotTypeCharacteristicsGridPropertiessystemsNormalizeFullView9/2/202331现场菜单的主要功能PlotTypeCharacterist多个图形窗口显示⑴在LTIViewer窗口中，打开Edit菜单，选择PlotConfigurations，弹出图形配置窗口选择显示图形数和图形类型，点击OK9/2/202332多个图形窗口显示⑴在LTIViewer窗口中，打开Edit多个图形窗口显示⑵右击各图形选择characteristics标注特征量左双击各图形弹出PropertyEditor编辑线型、字体大小、色彩等。9/2/202333多个图形窗口显示⑵右击各图形选择characteristic第7章习题3

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