【自动控制原理】增益裕量和相位裕量定义及求法

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【自动控制原理】增益裕量和相位裕量定义及求法

2024-07-16 22:04| 来源: 网络整理| 查看: 265

为了描述闭环控制系统的相对稳定性,引入增益裕量和相位裕量。 相对稳定性自然是指与不稳定的距离有多少。那么,首先有稳定与不稳定之间的临界状态,也就是临界稳定。临界稳定时,闭环系统有虚轴上的极点(该点的频率响应增益趋于无穷),对应开环传递函数在该频率处取值为-1,也就是相位-180°,增益为1。因此,描述闭环稳定时的相对稳定性就有两种方法。

开环传递函数相位取-180°时,增益比1小多少开环传递函数增益取1时,相位离-180°差多少 增益裕量Kg(gain margin)

定义:频率响应(开环传递函数中令s=jw)的相位达到-180°时(相位交界频率处),增益的倒数为增益裕量 注:使用增益的倒数的原因是:将此时的增益与1比较,用1/增益,得到一个倍数来描述增益裕量,正好就是倒数。

对数增益裕量:Kg’=20log Kg

Nyquist图中:闭环稳定时,曲线与实轴的交点横坐标的倒数 Bode图中:从相频Bode图中得到相位交界频率(也就是相位达到-180°的频率),对应到幅频Bode图中,若此时的增益低于0dB,则闭环稳定,与0dB的距离即为增益裕量。

相位裕量ΦPM(P.M. phase margin)

定义:频率响应的增益达到1时(增益交界频率),相位与-180°的差值

Nyquist图中:闭环稳定时,作单位圆,与ω为正的曲线相交于一点,该点的相位与-180°的差为相位裕量 Bode图中:从幅频Bode图中得到增益交界频率(也就是增益为1的频率),对应到相频Bode图中,若此时的相位大于-180°(如-160°),则系统闭环稳定,相位裕量为此时相位减去-180°(如-160°+180°=20°)



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