開環或者閉環傳遞函數的伯德圖意義?
控制系統中的傳遞函數分為開環和閉環傳遞函數,那麼對一個系統來說,
(1)在進行系統頻域分析時,經常研究的是開環傳遞函數,那麼這個開環傳遞函數代表系統的什麼特性呢?傳遞函數多用此表示,為什麼用開環的bode圖?
(2)看了很多資料,均是看系統的開環傳遞函數的bode圖,為什麼不看其閉環傳遞函數的bode圖?
(3)開環/閉環傳遞函數的伯德圖分別代表系統的什麼特性呢?
略微更新一下。
開環便於設計,每添加一個極點、零點都能在開環伯德圖上畫上相應變化。
閉環伯德圖則是直觀地顯示了輸入輸出正弦波形的幅度和相位變化,一看就知道在哪些頻率範圍的參考值可以較好地跟蹤(tracking)。
開環伯德圖反應了:
1. 低頻幅度 與 穩態誤差 成反相關
2. 穿越頻率 與 閉環的帶寬 相近
3. 增益裕度 與 魯棒性、穩定性 成正相關
4. 相位裕度 與 超調量 反相關,與 魯棒性、穩定性 正相關
以上規律是有一定前提的,我也記不準確。總之對於線性時不變、沒有在左半平面的極點或零點,而且一般是指二階系統,雖然對於高階系統也有指導性意義。此外,我一向認為初學控制的精髓在於直觀的理解不同條件、變數之間的聯繫,而不要太在意理論的嚴謹。比如由增大P的係數會減小穩態誤差,增加閉環帶寬,但容易使系統不穩定。等這些直覺的理解建立之後,再嚴謹地複習一遍也不為過。
實際例子舉起來真心有點耗時間,有書的話建議看一下相關的章節,尤其拿筆或者MATLAB算一下。這裡先拋個磚,比如一個簡單的二階振蕩系統:Y(s)/U(s)=G(s)=100/(s^2+0.2s+100).你可以設計一個單純的P控制,看看它的開環和閉環伯德圖。
用MATLAB命令是:
G=tf(100,[1 0.2 100])
C=10
bode(C*G)
bode(feedback(C*G,1))
開環更易於設計,因為控制器設計的是其開環的性質。
閉環更易於分析,因為最終性能是看閉環的。
這方面有很多理論結果、工程經驗,比如關於截止頻率等,說到底是開環、閉環的關係。
這也是頻域方法的大優勢。時域就遠遠不夠直觀,只能靠計算機。最簡單的,給你個矩陣,能看出啥來?扯遠了。。。1 在早期沒有計算機輔助設計的時候,開環波特圖設計比閉環波特圖設計要方便很多,節省很多計算,因此老一輩自動控制工程師都採用開環波特圖設計。而現行的經典教材則基本為老一輩教授編寫,因此比較注重開環波特圖就很正常了。
2開環波特圖對於理解自動控制原理是非常有幫助的,其一些定量指標與閉環系統的指標是有對應關係的,因此學習開環波特圖沒什麼不好。
3目前,由於matlab等計算機輔助設計軟體存在,使得計算閉環波特圖很方便,甚至都可以不畫波特圖,直接畫出階躍響應,更加的直接!然而這種設計方法,初始參數都需要試湊,是有很大不確定性的,而且很耗時間,也需要專家經驗。如果利用開環波特圖進行初始設計,再利用閉環波特圖或者閉環階躍響應等不斷調試,才是比較正確的方法。因此,開環閉環波特圖都比較重要。只不過根據閉環波特圖來調節參數時沒有開環波特圖方便的,因為目前絕大多數工程經驗都是基於開環波特圖的!
根據自己了解的手機簡單答一下,拋磚引玉;-)不對的請指正。
開環bode圖,可以明確的反應系統組成各環節在頻域對系統造成的影響,例如引入"折點"的頻率及斜率,可以通過分別調節各環節參數,改變系統在不同頻率段的幅值及相位特性。例如最常用的改變二階系統穩定段的寬度,增加系統的魯棒性和穩定性。
閉環bode圖,則籠統的表徵系統輸入到輸出的頻率特性。可以方便得到系統的帶寬。
以上吧,希望有幫助&>_
開環系統,用開環bode圖分析,比較容易通過傳遞函數直接畫出,能比較直觀的反映系統的各環節對系統頻率特性的影響。
閉環系統,用閉環bode圖分析,但閉環bode圖不太容易根據傳遞函數畫出,一般借開環bode圖用尼柯爾斯法畫。
控制理論頻率響應一節主要講得是開環伯德圖,但是我覺得開環伯德圖只能得到穩定裕度一類的信息,而閉環伯德圖才能得到你系統的響應速度、超調一類的信息(根據帶寬,諧振峰值等),所以我覺得其實閉環伯德圖更重要,不是很明白為什麼書上主要講開環伯德圖,閉環一筆帶過。
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