三种 绘制奈奎斯特曲线 的方法 |
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如何绘制奈奎斯特曲线
①解析法绘制②*概略图法绘制*③MATLAB绘制
①解析法绘制
以开环传递函数 G ( s ) H ( s ) = 1 s + 2 G\left( s \right) H\left( s \right) =\frac{1}{s+2} G(s)H(s)=s+21为例 令s=jw 得到开环系统的频率特性 G ( j w ) H ( j w ) = 1 j w + 2 G\left( jw \right) H\left( jw \right) =\frac{1}{jw+2} G(jw)H(jw)=jw+21将实部和虚部分开化为: 2 4 + w 2 − w 4 + w 2 j \frac{2}{4+w^2}-\frac{w}{4+w^2}j 4+w22−4+w2wj 这是一个复变函数,令w在(0,+∞)上增大,在复数域中列表、描点、连线即可得到对应的Nyquist曲线: (解析法虽精确,但过于繁琐,不适用于实践) 箭头方向即为w增大的方向,因为Nyquist曲线关于实轴对称,所以一般只绘制w从 0 变化至 +∞ 的Nyquist曲线 ②概略图法绘制以 G ( s ) H ( s ) = 1 s ( s + 1 ) ( s + 3 ) G\left( s \right) H\left( s \right) =\frac{1}{s\left( s+1 \right) \left( s+3 \right)} G(s)H(s)=s(s+1)(s+3)1为例,以下分为五个步骤 将开环传递函数进行典型环节分解,并令s=jw,得: G ( j w ) H ( j w ) = 1 3 ⋅ 1 j w ( j w + 1 ) ( 1 3 j w + 1 ) G\left( jw \right) H\left( jw \right) =\frac{1}{3}\cdot \frac{1}{jw\left( jw+1 \right) \left( \frac{1}{3}jw+1 \right)} G(jw)H(jw)=31⋅jw(jw+1)(31jw+1)1求w=0+起点的幅值和相位 由 G ( j w ) H ( j w ) = A ( w ) e j φ ( w ) G\left( jw \right) H\left( jw \right) =A\left( w \right) e^{j\varphi \left( w \right)} G(jw)H(jw)=A(w)ejφ(w)我们可以知道,复变函数相乘,其幅值相乘,相角相叠加当w=0+: G ( j w ) H ( j w ) = 1 3 ⋅ 1 j w ∣ w = 0 + G\left( jw \right) H\left( jw \right) =\frac{1}{3}\cdot \frac{1}{jw}\mid_{w=0+}^{} G(jw)H(jw)=31⋅jw1∣w=0+ A ( w ) = ∞ A\left( w \right) =\infty A(w)=∞ φ ( w ) = 0 ° − 90 ° = − 90 ° \varphi \left( w \right) =0°-90°=-90° φ(w)=0°−90°=−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=+∞: G ( j w ) H ( j w ) = 1 3 ⋅ 1 j w ( j w + 1 ) ( 1 3 j w + 1 ) ∣ w = + ∞ G\left( jw \right) H\left( jw \right) =\frac{1}{3}\cdot \frac{1}{jw\left( jw+1 \right) \left( \frac{1}{3}jw+1 \right)}\mid_{w=+\infty}^{} G(jw)H(jw)=31⋅jw(jw+1)(31jw+1)1∣w=+∞ A ( w ) = 0 A\left( w \right) =0 A(w)=0 φ ( w ) = 0 ° + ( 0 ° − ( 90 ° + 90 ° + 90 ° ) ) = − 270 ° \varphi \left( w \right) =0°+\left( 0°-\left( 90°+90°+90° \right) \right) =-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? 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但在本例中可以省略步骤4、5 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) 画出大致图形 ③MATLAB绘制利用MATALB中nyquist函数绘制 以开环传递函数G(s)H(s)= 1 2 s 2 + 5 s + 2 \frac{1}{2s^2+5s+2} 2s2+5s+21 为例 运行如下程序得到其nyquist曲线 num=1; den=[2 5 2]; G1=tf(num,den); nyquist(G1);运行结果: nyquist函数 默认的是绘制w在负无穷到正无穷的图像,若只要绘制w在0+到正无穷的图像 可参考以下代码 num=1; den=[2 5 2]; G1=tf(num,den); [Re,Im]=nyquist(G1); X = squeeze(Re); Y = squeeze(Im); plot(X,Y); xlim([-10,0]);运行结果: |
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