看波德图有什么启示

电器工程 波特图
2022-01-28 12:52:54

在学校学习了这个之后,Bode 情节的整个概念对我来说似乎仍然有点失望,因为它受到了多少重视,这个工具被传言在工作场所使用的频率以及很少它实际上似乎提供。关于如何分析性地绘制波德图的问题很多,但对其解释却很少提及。这件事与现实生活有什么关系?

大多数波特图如下所示: 在此处输入图像描述

老实说,我对这个情节一点印象都没有。波特图告诉我的是,随着频率的上升,在 1 Hz 的频率下,系统响应会出现一个峰值,然后它会下降(令人惊讶)。相位有点神秘,它似乎告诉我随着频率的升高,信号会经历更大的延迟。

有经验的工程师可以通过查看这些波特图得出哪些结论。是否有一些不明显的东西阻止我看到这些预兆图的效用?

由于我没有用波特图做过很多现实生活中的工程工作,有人可以向我展示一个实际系统的波特图示例,它实际上提供了一些更有趣的见解吗?

4个回答

波特图代表了更大的图景。更大的图景是零极图:-

在此处输入图像描述

前三幅图像(所有波特图)为您提供了二阶低通滤波器的不同示例。左下角的图片向您展示了更大的图片 - 它结合了波特图和零极点图,即它是 3D 的。右下角是从上方向下看的 3D 图像视图 - 这是我提到的零极点图,其中包含系统或过滤器的所有数学信息。

波特图是对零极点图的简化,但重要的是,它直接向您显示了滤波器(或系统)在幅度和频率 (jw) 方面的响应。

如果其中一些概念现在太难了,那是可以理解的。

Bode 提出的波德稳定性图的主要创新之一是图的渐近线对于稳定系统的行为。对这些规则的了解允许仅通过操纵渐近线来进行补偿。比极点放置等数学技术简单得多。

一些主要的浮现在脑海中(但这不是一个详尽的清单):

  1. 当幅度在低于相位 = 180 度的频率下从 >0dB 交叉到 <0dB 时,系统是稳定的。

  2. 在这个交叉频率下,您的相位裕度是您对抗未建模延迟的“保险单”。您的系统只有 20 度的不稳定性。

  3. 幅度下降和相位上升意味着非最小相位系统(RHP 零点)。

  4. 分频处的 1 斜率 (-20dB/dec) 是稳定的,相当于 -90 度。(实际上幅度是波德定理的相位积分)。

  5. 落在 2 斜率(幅度)的二阶系统可以通过在交叉点附近以 1 斜率交叉来充分补偿。

从您的波特图(或“频率响应”可能是一个更具描述性的术语),通过粗略检查可以看出:系统是二阶的(因为高频滚降是 40dB/十倍频);欠阻尼(因为它有一个共振峰);可能具有 1rad/sec 的固有频率(因为共振峰略低于 1 rad/sec);具有大约 6dB 的直流增益(相当于大约 2 的“直线”增益);谐振峰值大约比直流电平高 7 或 8dB,因此阻尼系数介于 0.1 和 0.2 之间,例如 0.15,因此系统受到轻微阻尼;带宽约为 1.2rad/sec。

因此,封闭传递函数的估计为:

$$G(s) = \frac{2}{s^2 + 0.3s +1}$$

通过此传递函数,您可以确定对任何确定性输入信号(例如脉冲、阶跃、斜坡)的时域响应,与频率响应一起,可以深入了解系统在现实世界中的性能。

在开关模式电源中,波德图有时用阻抗分析仪和其他一些“位”绘制在电路中,例如注入变压器,将干扰注入控制回路,以模拟阶跃负载或其他干扰的影响。控制回路可以补偿。增益和相位裕度的意义在于,当增益小于 0dB 且相位大于 180 度时,您就有了振荡器。因此,即使在由 DSP 或 FPGA 控制的电力电子转换器中,该原理仍然有效,只是不太明显,无法在脑海中了解内部工作原理。