伯德圖(Bode plot)是一種在控制系統分析中常用的圖形工具,它主要用於展示系統的頻率回響。伯德圖由兩部分組成:幅頻特性曲線和相頻特性曲線,這兩者分別表示系統對不同頻率輸入信號的放大或衰減程度以及相位變化。
在幅頻特性曲線中,橫坐標通常以對數尺度表示頻率(ω),縱坐標則表示放大或衰減的程度(以分貝(dB)為單位),計算公式為20lg|G(jω)|。相頻特性曲線也使用對數橫坐標,但縱坐標表示相位差(以度為單位),計算公式為φ(ω)。
繪製伯德圖的方法主要有兩種:
手動繪製法:
將開環頻率特性改寫為基本環節的乘積。
分別繪製各基本環節的伯德圖。
將各基本環節的伯德圖相加,得到系統的伯德圖。基本環節包括比例環節、慣性環節、一階微分環節、積分環節、微分環節、振盪環節、二階微分環節和延遲環節。
使用軟體繪製:
使用MATLAB等軟體,通過傳遞函式(tf)或零極點形式(zpk)定義系統。
利用bode函式直接繪製伯德圖。
可以提取幅值和相位數據,分別進行繪製和分析。
伯德圖的優點在於它能夠清晰地展示系統在不同頻率下的回響特性,便於分析和設計控制系統。通過伯德圖,可以方便地計算出系統的幅值裕度和相位裕度等重要性能指標,從而評估系統的穩定性。
以上是伯德圖的基本概念、繪製方法及其套用的相關信息。