頻率特性又稱頻率響應,它是指系統(tǒng)或元件對不同頻率的正弦輸入信號的響應特性。系統(tǒng)的頻率特性可由兩個方法直接得到:(1) 機理模型—傳遞函數(shù)法;(2) 實驗方法。 5.1.1 由傳遞函數(shù)求系統(tǒng)的頻率響應 設系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù) 對應的頻率特性為 如果在S平面的虛軸上任取一點 ,把該點與的所有零、極點連接成向量,并將這些向量分別以極坐標的形式表示: 則式(5-3)可改寫為 由上式得到其對應的幅值和相角: 同理,可求得對應于 的 和 。如此繼續(xù)下去,就能得到一系列幅值和相位與頻率 的關系,其中幅值隨頻率變化而變化的特性稱為系統(tǒng)的幅頻特性,相角隨頻率變化而變化的特性稱為系統(tǒng)的相頻特性。
例5-1繪制系統(tǒng)的幅頻和相頻特性曲線... 設一線性系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為 解:傳遞函數(shù)零、極點的分布如圖5令 ,代入式(5即當 時,頻率特性的幅值 ,相角 。代入不同的頻率 值,重復上述的計算,就可求得對應的一組 和 值。據(jù)此,也可由下面的Matlab figure(1),plot(w,x(:)),axis([0,10,0,3]),xlabel('頻率(弧度)'),ylabel('幅值');> figure(2),plot(w,y(:)),axis([0,10,-120,40]),xlabel('頻率(弧度)'),ylabel('相角')> 5.1.2 由實驗方法求頻率特性 系統(tǒng)的頻率特性也可用實驗方法得到。圖5-3給出了一種求取系統(tǒng)頻率特性的實驗接線方法,它由一臺正弦信號發(fā)生器、系統(tǒng)或元件裝置和雙蹤示波器組成。信號發(fā)生器的頻率范圍由被測試的實驗裝置決定,雙蹤示波器的一路用于測量輸出、輸入信號的比值,即系統(tǒng)的幅頻特性: ,另一路用于測量輸出信號與輸入信號的相位差,即系統(tǒng)的相頻特性: 。通過不斷改變輸入信號的頻率 值,應可以得到系統(tǒng)的頻率特性。 5.1.3 頻率特性的基本概念 5.1.3 頻率特性的基本概念 線性定常系統(tǒng)的頻率特性和時域響應是一致的。在頻率特性已知的情況下,可通過數(shù)值或解析的方法得到系統(tǒng)的時間響應。 如果一個系統(tǒng)的頻率特性已知,則可根據(jù)反富里葉級數(shù)示取系統(tǒng)的時間響應。令 為控制系統(tǒng)輸出的頻率特性,則由> >可得到系統(tǒng)輸出的時間響應。上面的積分式可通過解析法或根據(jù)頻特性圖由數(shù)值法求得。 反過來,若已知系統(tǒng)的時間響應,也可求出系統(tǒng)的頻率特性。為了方便理解,下面先以R-C電路為例,并說明頻率特性的物理意義。 R-C電路的傳遞函數(shù)為 >設輸入電壓 ,由復數(shù)阻抗的概念求得
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