xukun977 发表于 2018-7-28 17:29

Bode图的学习!


按:本贴使用的工具是matlab。
由于稍微复杂一点的问题,手工计算就力不从心了,所以说人区别其它的动物的地方就是会擅长使用工具,工具用好 ,事半功倍。


首先,我们手工画图的时候,需要打印波特图纸(后面学史密斯圆图也是这样的)。用matlab生成并打印就好了。

如下图所示,根据习惯和需要,更改坐标范围:





相位用弧度也是可以的:







xukun977 发表于 2018-7-28 17:45


为何要画成上面的 那样波特图?
因为传递函数是复数,画在一个图上是3维立体的,所以在平面上不好画。于是把它分解成两个平面图。




更重要的是,模电理论中认为对于通常情形,上面的立体图包含“冗余”信息,使用波特图更紧凑。

先来看波特图线性近似:

对于传递函数H(s)=100*/[(s+10)(s+100)],对于这种一个零点两个极点的情形,其波特图精确曲线和分段线性近似,matlab画图代码和结果为:













xukun977 发表于 2018-7-28 18:01


上面图中曲线,如果分段线性近似,可得下图:



上图中的分段彩线叠加,得到下图黑色虚线分段直线,从图中可以看出,这个黑色分段直线和原来的曲线,除了拐角处误差偏大,其它地方的近似程度还是很好好的。





那么上面这些彩色曲线是怎么来的呢?就是把任意一个传递函数,分解成7个基本单元来分别研究,然后叠加合成的。

第一步,先画出直流增益,对应下图重大 黑色虚线:



W=1时的零点,红色线,和上一步相加,得到黑色虚线:




w=10时的极点,绿线,和上一次叠加,黑线:





w=100的极点:






当然也可以把直流增益,零点和两个极点的波特图都画出来先,最后一起叠加。




xukun977 发表于 2018-7-28 19:05


我们这里把bode图的画法,基本规律等讲完,下个话题时重要的跟轨迹方法,完了以后相关知识点直接拿过来就用,或直接给结果,不会再啰嗦了。



一)常数项

对于常数H(s)=H(jw)=C,幅度是常数,大小为20log|C|。当C为正数时,相位=0°;C为负数时,相位=-180°或180°!(不同版本的matlab结果不一样)

请比对H(s)=15和H(s)=-15的结果。













xukun977 发表于 2018-7-28 19:36

本帖最后由 xukun977 于 2018-7-28 21:02 编辑

二)对于简单的实极点和实零点

极点规律是:
幅度从0开始,直到拐点频率处开始以-20dB/dec速率衰减。如果是n阶极点,斜率就是-20n dB/dec!
相位从0°开始,到十分之一拐点频率处开始线性下降,直到10倍拐点频率处下降到90°!n阶极点就是-90n!




图1   1阶极点


图2 2阶极点


零点变化趋势刚好和极点相反,幅度和相位均上升,变化量和极点相同。
例如一阶零点:






具体推导过程,是分2到3钟情况讨论的,详细过程见课本。
建议推导过程做了解即可,没必要记住,上面给的作图规律记住就OK了。





xukun977 发表于 2018-7-28 20:39


三)原点处的零极点

原点处的零极点采用点斜式确定,均通过坐标上的(1,0)点!n阶极点斜率为-20ndB/dec,n阶零点斜率=20ndB/dec!相位规律是极点为与频率无关的-90n°,零点为90n°

一阶极点



二阶极点




一阶零点



二阶零点






xukun977 发表于 2018-7-28 21:37

本帖最后由 xukun977 于 2018-7-28 21:56 编辑

四)二阶电路

二阶电路有点麻烦,直接给出几个结论就行了。

二次传递函数标准形式为
               

低频和高频时情况都简单, 麻烦点在w=w0的附近。
低频时增益为0,相位为0;
高频时斜率为-40,相位为180.
在w=w0附近的峰值频率点为
                                    


该频率点处的峰值幅度为
                                       




我们输入一个二次函数仿真:






仿真结果:







把w0=10,阻尼因子=0.1代入上式,可知和理论预测一致。


相图也麻烦,需要记住两个数据:















xukun977 发表于 2018-7-28 22:46



记住上面这点规律就够了,理论上可以手工画出任意传递函数的波特图 。


例如:

H(s)=ss =

    30 s + 300
--------------
s^2 + 3 s + 50



顺序随意,不妨先确定常数项:


确定共轭极点项:


确定零点项:


上面三个叠加:






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