Калькулятор диаграммы Боде (запас по усилению и по фазе)

Введите свои значения. Ответ и полное решение обновляются по мере ввода.

Результат

Запас по усилению9,542 dB
Запас по фазе32,61 °
Частота среза по усилению0,7494 rad/s
Частота среза по фазе1,414 rad/s
Замкнутая системаустойчива (если разомкнутая система не имеет полюсов в правой полуплоскости)
ω (rad/s)|G(jω)||G| (dB)фаза (°)
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

Постройте диаграмму Боде передаточной функции G(s), заданной коэффициентами числителя и знаменателя. Калькулятор строит график амплитуды в dB и фазы в зависимости от частоты, выводит их в таблице и находит частоту среза по усилению (|G| = 0 dB), частоту среза по фазе (фаза = −180°), запас по усилению и запас по фазе.

Диаграмма Боде

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

Пошаговое решение

Частотная характеристика

G(s) = (2)/(s³ + 3s² + 2s)
s = jω: |G(jω)| из dB = 20·log₁₀|G(jω)|, фаза = arg G(jω)
на низкой частоте: G ≈ 1·s-1 → фаза → −90°

Срез по усилению: |G(jω)| = 1 (0 dB)

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

Срез по фазе: фаза = −180°

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

Устойчивость

Для разомкнутой системы без полюсов в правой полуплоскости замкнутая система устойчива, когда оба запаса положительны.

Как найти запасы по усилению и по фазе по диаграмме Боде

  1. Подставьте s = jω и вычислите |G(jω)| в dB (20·log₁₀|G|) и фазу arg G(jω) в диапазоне частот.
  2. Частота среза по усилению ω_gc: где |G(jω)| = 1, то есть 0 dB. Запас по фазе PM = 180° + фаза при ω_gc.
  3. Частота среза по фазе ω_pc: где фаза равна −180°. Запас по усилению GM = −|G(jω_pc)| в dB.
  4. Для разомкнутой системы без полюсов в правой полуплоскости замкнутая система устойчива, когда оба запаса положительны.
  5. Типичные проектные цели — запас по фазе от 45° до 60° и запас по усилению не менее 6 dB.

Вопросы и ответы

Как ввести G(s)?

Введите коэффициенты числителя и знаменателя, начиная со старшей степени s, с нулями для отсутствующих степеней. 2/(s(s + 1)(s + 2)) = 2/(s³ + 3s² + 2s) — это числитель 2 и знаменатель 1 3 2 0.

Почему фаза не ограничена диапазоном −180°…180°?

Фаза «развёрнута»: она непрерывно меняется с частотой, поэтому система с тремя полюсами уходит вниз до −270°. Пересечение с −180° ищется на этой непрерывной кривой.

Что если пересечения нет?

Если |G| никогда не пересекает 0 dB, запас по фазе бесконечен; если фаза никогда не достигает −180°, запас по усилению бесконечен. Например, у системы первого или второго порядка без запаздывания запас по усилению бесконечен.

Когда запасы могут вводить в заблуждение?

Для разомкнутых систем с полюсами или нулями в правой полуплоскости либо с несколькими пересечениями одних запасов недостаточно для суждения об устойчивости; используйте критерий Найквиста. При нескольких пересечениях калькулятор сообщает наименьшие запасы.

Насколько точны результаты?

Отклик вычисляется непосредственно по комплексной передаточной функции на мелкой логарифмической сетке, а частоты среза уточняются методом бисекции, поэтому частоты и запасы точны до многих знаков.

Потренируйтесь самостоятельно

Тренировать тему «Диаграммы Боде и запасы»

Калькулятор даёт ответ. На экзамене нужен метод: отработайте его на новых задачах с подсказками и разобранными решениями.

</> Встроить

Бесплатно для преподавателей и школ: вставьте этот код на страницу курса, в LMS или на свой сайт. Студенты могут пользоваться калькулятором и пошаговым решением без аккаунта.

Другие калькуляторы