Kalkulator wykresu Bodego (margines wzmocnienia i fazy)

Wpisz swoje wartości. Odpowiedź i pełne rozwiązanie aktualizują się w trakcie pisania.

Wynik

Zapas wzmocnienia9,542 dB
Zapas fazy32,61 °
Częstotliwość przecięcia wzmocnienia0,7494 rad/s
Częstotliwość przecięcia fazy1,414 rad/s
Układ zamkniętystabilny (jeśli układ otwarty nie ma biegunów w prawej półpłaszczyźnie)
ω (rad/s)|G(jω)||G| (dB)faza (°)
0,0199,9940−90,86
0,0215446,433,33−91,85
0,0464221,5226,65−93,99
0,19,93819,95−98,57
0,21544,51113,09−108,3
0,46421,9045,591−128
10,6325−3,979−161,6
2,1540,133−17,53−202,2
4,6420,01796−34,92−234,5
100,001951−54,19−253
21,540,0001989−74,03−262
46,421,998 × 10⁻⁵−93,99−266,3
1002 × 10⁻⁶−114−268,3

Narysuj wykres Bodego transmitancji G(s) podanej jako współczynniki licznika i mianownika. Kalkulator rysuje amplitudę w dB i fazę w funkcji częstotliwości, wypisuje je w tabeli i znajduje częstotliwość przecięcia wzmocnienia (|G| = 0 dB), częstotliwość przecięcia fazy (faza = −180°), margines wzmocnienia i margines fazy.

Wykres Bodego

|G(jω)| (dB)0,010,1110100−150−100−50050ωgc​ = 0,7494GM = 9,542 dBfaza (°)0,010,1110100−270−225−180−135−90PM = 32,61°ωpc​ = 1,414ω (rad/s)

Rozwiązanie krok po kroku

Charakterystyka częstotliwościowa

G(s) = (2)/(s³ + 3s² + 2s)
s = jω: |G(jω)| na dB = 20·log₁₀|G(jω)|, faza = arg G(jω)
przy niskiej częstotliwości: G ≈ 1·s-1 → faza → −90°

Przecięcie wzmocnienia: |G(jω)| = 1 (0 dB)

ω = 0,7494 rad/s: faza = −147,4° → PM = 180° + (−147,4°) = 32,61°

Przecięcie fazy: faza = −180°

ω = 1,414 rad/s: |G| = −9,542 dB → GM = −(−9,542) = 9,542 dB

Stabilność

Dla układu otwartego bez biegunów w prawej półpłaszczyźnie układ zamknięty jest stabilny, gdy oba marginesy są dodatnie.

Jak znaleźć marginesy wzmocnienia i fazy z wykresu Bodego

  1. Podstaw s = jω i oblicz |G(jω)| w dB (20·log₁₀|G|) oraz fazę arg G(jω) w zakresie częstotliwości.
  2. Przecięcie wzmocnienia ω_gc: gdzie |G(jω)| = 1, czyli 0 dB. Margines fazy to PM = 180° + faza przy ω_gc.
  3. Przecięcie fazy ω_pc: gdzie faza wynosi −180°. Margines wzmocnienia to GM = −|G(jω_pc)| w dB.
  4. Dla układu otwartego bez biegunów w prawej półpłaszczyźnie układ zamknięty jest stabilny, gdy oba marginesy są dodatnie.
  5. Typowe cele projektowe to margines fazy 45° do 60° i margines wzmocnienia co najmniej 6 dB.

Pytania i odpowiedzi

Jak wpisać G(s)?

Wpisz współczynniki licznika i mianownika od najwyższej potęgi s w dół, z zerami dla brakujących potęg. 2/(s(s + 1)(s + 2)) = 2/(s³ + 3s² + 2s) to licznik 2 i mianownik 1 3 2 0.

Dlaczego faza nie jest ograniczona do −180°…180°?

Faza jest rozwinięta (ciągła): zmienia się w sposób ciągły z częstotliwością, więc układ z trzema biegunami schodzi do −270°. Przecięcie z −180° znajduje się na tej ciągłej krzywej.

Co, jeśli nie ma przecięcia?

Jeśli |G| nigdy nie przecina 0 dB, margines fazy jest nieskończony; jeśli faza nigdy nie osiąga −180°, margines wzmocnienia jest nieskończony. Układ pierwszego lub drugiego rzędu bez opóźnienia ma na przykład nieskończony margines wzmocnienia.

Kiedy marginesy mogą wprowadzać w błąd?

Dla układów otwartych z biegunami lub zerami w prawej półpłaszczyźnie albo z kilkoma przecięciami same marginesy nie rozstrzygają o stabilności; użyj kryterium Nyquista. Przy kilku przecięciach kalkulator podaje najmniejsze marginesy.

Jak dokładne są wyniki?

Odpowiedź jest obliczana bezpośrednio z zespolonej transmitancji na gęstej siatce logarytmicznej, a przecięcia są doprecyzowywane metodą bisekcji, więc częstotliwości i marginesy są dokładne do wielu cyfr.

Przećwicz to sam

Ćwicz: Wykresy Bodego i zapasy

Kalkulator daje odpowiedź. Na egzaminie potrzebujesz metody: ćwicz ją na nowych zadaniach z podpowiedziami i rozwiązaniami.

</> Osadź

Bezpłatnie dla nauczycieli i szkół: wklej ten kod na stronę kursu, do LMS lub na swoją stronę. Studenci mogą korzystać z kalkulatora i rozwiązania krok po kroku bez konta.

Więcej kalkulatorów