2.8. Частотные характеристики

Важными динамическими характеристиками объекта являются его частотные характеристики, которые определяют взаимо­связь между параметрами периодических сигналов на входе и вы­ходе. Чаще всего их используют для описания одноканальных объ­ектов:

Если на его вход подавать гармонический сигнал заданной ам­плитуды А₁ и частоты ω,

и = A₁cos ωt,

то на выходе в установившемся режиме у устойчивого объекта (гл. 4) будет также гармонический сигнал той же частоты, но в об­щем случае другой амплитуды со сдвигом по фазе

у = А₂cos(ωt + φ).

Для нахождения соотношения между входным и выходным гар­моническими сигналами можно воспользоваться передаточной функцией (2.38), из которой формальной заменой р на jω получим обобщенную частотную характеристику

Составляющие обобщенной частотной характеристики W(jω) имеют самостоятельное значение и следующие названия:

R(ω) - вещественная частотная характеристика (ВЧХ),

I(ω) - мнимая частотная характеристика (МЧХ),

A (ω) - амплитудная частотная характе­ристика (АЧХ),

φ(ω)- фазовая частотная характеристика (ФЧХ).

Для исследования частотных свойств объекта или системы удобно использовать графическое представление частотных харак­теристик. В этом случае обобщенная частотная характеристика W(jω) может быть построена на комплексной плоскости в соот­ветствии с выражением (2.40), когда каждому значению частоты ω₁, соответствует вектор W(jω_i).

При изменении ω от 0 до ∞ ко­нец этого вектора «прочерчи­вает» на комплексной плоско­сти кривую, которая называет­ся амплитудно-фазовой ха­рактеристикой (АФХ).

Н аряду с амплитудно-фазо­вой характеристикой (рис. 2.8) можно также построить все остальные частотные характе­ристики. Так, амплитудная частотная характеристика по­казывает, как звено пропускает

Сигналы различной частоты; причем оценкой пропускания является отношение амплитуд выходного (А₂) и входного сигналов (А₁). Фазовая частотная характеристика отражает фазовые сдвиги, вносимые системой на различных частотах.

Наряду с рассмотренными частотными характеристиками в тео­рии автоматического управления используются логарифмические частотные характеристики. Удобство работы с ними объясня­ется тем, что операции умножения и деления заменяются на опера­ции сложения и вычитания, а это позволяет во многих случаях строить их практически без вычислений.

Амплитудная частотная характеристика, построенная в лога­рифмическом масштабе,

L(w)=20lg A(w)

называется логарифмической амплитудной частотной харак­теристикой (ЛАЧХ). При этом амплитуда измеряется в децибе­лах (дБ). При изображении ЛАЧХ (рис. 2.9) удобнее по оси абс­цисс откладывать частоту также в логарифмическом масштабе, т. е. lg ω, выраженную в декадах (дек.).

На практике применяется также и логарифмическая фазовая частотная характеристика. При ее изображении используется ось абсцисс, на которой указывают частоту в логарифмическом масштабе, а по оси ординат откладывают фазу в дуговых градусах в линейном масштабе (рис. 2.10).