自动化专业英语(翻译)P2U4教学课件

0 a) MdB 40 20 0 20 40


10 20
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20dB/dec
1/(j)2: 40dB/dec 1/(j) : 20dB/dec 1 10

0 45 90 20dB/dec c) 0.1 1 10


0 90 180 1/(j) 1/(j)2 b)
P2U4A The Frequency Response Methods: Bode Plots
第二部分第四单元课文A 频率响应法:波特图
移动幅频特性图来相应地增大或减小K。 超前矫正：对一个系统的串联超前矫正的增加在低中频段 降低整个相角曲线。超前矫正通常用来增加增益或相角裕度或 增加其带宽。超前网络通常需要一个附加的伯德增益KB 的调 整图。 滞后矫正：为了减小系统的带宽，在一些情况下使用滞后 矫正环节。它也用来提高对于误差常数给定值的相对稳定性， 或用来抑制高频段的噪音。 滞后—超前矫正：有时也需要同时使用超前矫正和滞后矫 正。虽然这两个网络的每一个都能通过串联达到预期效果，但 装配组合在一起的超前矫正器通常更为方便。
P2U4A The Frequency Response Methods: Bode Plots
第二部分第四单元课文A 频率响应法:波特图
噪声抑制：为了保证对输入中高于一定频率的噪声成分指 定的衰减（伯德图中的M）应低于某一水平。 这些判据表明特性的不同方向是如何转换成波特图的专有 特征，并且允许在波特图上将特性要求变化成需要。系统设计 的任务是得到适合这些需要的补偿器。 波特图的设计 应用波特图技术的反馈控制系统的设计眼前画出和重画出 幅频特性图和相角特性图的形状，直到满足系统特性要求为止。 这些特性要求可以方便的按照频域图的特点如暂态性能的增益 和相角裕量和稳态时域相应的误差常数来表达。并且，连续时 间系统对串联或反馈矫正的波特图渐近线的成形是一个相对简 单的过程。 增益矫正：在一些情况下，通过简单地调整开环增益K来 满足所有系统的特性要求是可以的。在等式（2-3A-3）中指出， 开环增益K的调整不影响相角特性图。它仅靠向上或向下
MdB 0 frequency
c
GMdB

180
m
图 2-4A-2 相位裕量和增益裕量
P2U4A The Frequency Response Methods: Bode Plots
第二部分第四单元课文A 频率响应法:波特图
波特图上的性能要求 波特图广泛应用的一个重要原因是其性能要求容易理解。 相对稳定性：闭环传递函数的波特图在接近穿越频率c处 斜率不大于-20dB/dec曲线必须有足够角度。否则，可以立即 证明m将是不够的。 稳态精度：为了提高稳定性，低频渐近线必须上升，或改 变其斜率。低频渐近线是K/(j)n对n = 0（0型），单位阶跃的 稳态误差是1/(1+K)，所以如果零斜率低频段20lgK升高（误差 减小）。若要阶跃输入后的稳态误差为0，系统必须至少是1型 （n =1），所以低频段必须至少是-20dB/dec。 在工作范围内的精度：为了保证正常范围内指定的精度， 波特图在这个范围内可以不低于给定水平。为了提高精度，这 个水平必须升高。 穿越频率和带宽：根据c= 0.63 b的b穿越频率c是带宽 b的一个测量依据，响应速度也是这样。
P2U4B Nonlinear Control System
第二部分第四单元课文B 非线性控制系统
B
非线性控制系统
1. 课文内容简介：主要介绍《自动控制原理》中非线性控制系统 的定义、非线性行为和常见非线性环节、相平面法和描述函数 等内容。 2. 温习《自动控制原理》中有关非线性环节的介绍。 3. 生词与短语 linearazation n. 线性化 assumption n. 假设 relay n. 继电器 startup n. 启动 shutdown v. 关闭 dependent variable 应变量 independent variable 自变量
P2U4A The Frequency Response Methods: Bode Plots
第二部分第四单元课文A 频率响应法:波特图
5. 参考译文
A 频率响应法：波特图 波特图 一个系统的频率传递函数或它的KZ(j)/P(j)函数既能用 单个的奈奎斯特图（极坐标图）表示，也可以用相对输入（强 迫）频率的幅值比和相角表示。人们习惯于按照输入频率的常 用对数绘制以分贝为单位的幅值比图和以度为单位的相角图。 按照这种形式，这两张图称为伯德图（以H. W. Bode命名）， 可以绘制准确的伯德图，它是由计算制作的，也有直线渐近线 图，它可以快速容易地运用到已经发展出的技术徒手草绘或绘 制，本文将介绍这一技术。 系统传递函数的波特图用来确定各种输入（包括阶跃）对 系统响应的影响。因为频率响应是一个稳态响应，所以这个系 统必须是稳定的，并且它的稳定性必须在使用系统波特图以前 确定。
在图2-4A-1c中绘出的图是渐近线的近似，这些渐近线相 交在标准化图上由 = 1(或=1/)给定的穿越频率或转角频 率处。
MdB 20 lg[1 / 1 ( )2 ]
,
arc tan
P2U4A The Frequency Response Methods: Bode Plots
P2U4A The Frequency Response Methods: Bode Plots
第二部分第四单元课文A 频率响应法:波特图
break frequency 转折频率 crossover frequency 穿越频率 bandwidth n. 带宽 entail v., n. 负担，需要 merit n. 优点；指标，准则 procedure n. 程序，过程 mechanize v. 使机械化 4. 难句翻译 [1] This is also true for the leads corresponding to the simple and quadratic lag below. 对应于后面的一次和二次滞后的超前环节也是这样。 [2] To ensure a specified attenuation (reduction) of noise components in the input above a certain frequency should be below a certain level. 为保证对输入中高于一定频率的噪声成分指定的衰减，（伯德 图中M）应低于某一水平。

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图2-4A-1 a) 增益因数 b) 积分因数 c) 简单滞后因数
P2U4A The Frequency Response Methods: Bode Plots
第二部分第四单元课文A 频率响应法:波特图
2、积分环节1/(j)n（极点在原点） n M dB 20 lg j 20n lg 在 = 1时MdB = 0在 = 10时10 倍于 = 1 ，MdB = -20n.。因此，按照对数刻度幅值图是一条 斜率为-20n dB/dec.的直线。相角 = -n 90，并且与频率无关。 微分环节(j)n（零点在原点）：这个图是相应的积分项相 关于零分贝线和零点轴的镜像，这对于相应于简单和二次滞后 的超前环节是正确的。 3. 简单滞后环节1/( j+1) ：
P2U4B Nonlinear Control System
第二部分第四单元课文B 非线性控制系统
A
频率响应法：波特图
1. 课文内容简介：主要介绍《自动控制原理》中波特图 的定义、波特图的绘制方法、利用波特图分析系统性 能和进行系统校正等内容。 2. 温习《自动控制原理》中有关波特图的内容。 3. 生词与短语 decibel n. 分贝 common logarithm 常对数 minimum phase 最小相位 product n. 乘积 semilog paper 半对数坐标（纸） interpret v. 解释，解析 slop n. 斜率 quadratic adj. 二次的；n. 二次方程
相角表示成一个和用分贝为单位幅值M，也将表示成一个 和： in dB M dB 20 lg M 20 lg M1 20 lg M 2 M 在波特图中，以分贝为单位的幅值M和以度为单位的相角 在半对数坐标纸上按绘制出来。这种改进如下：KZ(j)/P(j) 的波特幅值和相角图可以由它的相关项累加而得到。这些图比 极坐标图或奈奎斯特图更容易绘制出来，而且能够容易地按照 系统特性的不同方面进行理解。
P2U4A The Frequency Response Methods: Bode Plots
第二部分第四单元课文A 频率响应法:波特图
在波特图中，相角裕度m是180和在|KZ(s)/P(s)| = 1（即 0分贝）频率处的相角之和。因此，如图2-4A-2所示的部分伯 德图相角裕度m是在穿越频率c处，相角曲线在180上的距离 （度数）。在那儿幅值曲线穿过0分贝轴。相似地，增益范围 等于1，除以相角为-180时的频率处的幅值。GMdB，增益裕 度以分贝表示，是在这个频率处以下到幅值（曲线）的距离， 如图2-4A-2所示。 Crossover
P2U4A The Frequency Response Methods: Bode Plots
第二部分第四单元课文A 频率响应法:波特图
人们经常使用频率函数KZ(j)/P(j)的波特图来检验系统 的稳定性。当函数在s右半平面没有零点或极点时，即函数是 最小相角，则这个波特图能很快地根据出现在函数中的四个基 本环节的知识草绘出来。这些基本环节是：①频率不变项K ② 在原点上的零点和极点 ③一阶项式的极点和零点(j+1) n ④ 二阶极点和零点(j+1) n M 对于一个乘积 KZ (s) / P(s) M1e j1 M 2 e j2 Me j ， M 1 M 2 和 1 2

1 2
(2-4A-2)
其中n是无阻尼自然频率，是阻尼比，二次滞后环节伯 德图的渐近线是横轴，高频渐近线在 /n=1 处于与0分贝轴相 交，且斜率为-40dB/dec。接近于 /n= 1，等式（2-4A-2） 给出实际的曲线，阻尼比越小，它所引起峰值MdB的越大，在 接近 /n=1处也有越突然的变化。伯德图可以通过存在的基 本环节的幅值和相角分别相加绘制出来。
July 28, 2007
自动化专业英语教程
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P2U4A The Frequency Response Methods: Bode Plots
第二部分第四单元课文A 频率响应法:波特图
P2U4A The Frequency Response Methods: Bode Plots
第二部分第四单元课文A 频率响应法:波特图
1、增益K>0： M dB 20 lg K ， = 0，都与ω无关，如图2-4A-1a.所示
MdB 0 20 lgK MdB 0 转折频率 0.1 0.2 0.5 1 3dB 2 5 10
第二部分第四单元课文A 频率响应法:波特图
接近于 = 1/ 处，实际值可以由等式（2-4A-1）计算出 来。在 = 1/处，偏差是-3dB，相角是-45。
1 4、二次滞后 ( j / )2 2 ( j / ) 1 n n
2 2 2 / n 1 2 , arc tan M dB 20lg 2 1 2 / n n n