Калькулятор діаграми Боде (запас за амплітудою та фазою)

Введіть свої значення. Відповідь і повний розв’язок оновлюються під час введення.

Результат

Запас за підсиленням9,542 dB
Запас за фазою32,61 °
Частота зрізу за амплітудою0,7494 rad/s
Частота зрізу за фазою1,414 rad/s
Замкнена системастійка (якщо розімкнена система не має полюсів у правій півплощині)
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

Побудуйте діаграму Боде передатної функції G(s), заданої коефіцієнтами чисельника й знаменника. Калькулятор будує графік амплітуди в dB і фази залежно від частоти, виводить їх у таблицю та знаходить частоту зрізу за амплітудою (|G| = 0 dB), частоту зрізу за фазою (фаза = −180°), запас за амплітудою та запас за фазою.

Діаграма 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)

Покроковий розв’язок

Частотна характеристика

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

Зріз за амплітудою: |G(jω)| = 1 (0 dB)

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

Зріз за фазою: фаза = −180°

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

Стійкість

Для розімкненої системи без полюсів у правій півплощині замкнена система стійка, коли обидва запаси додатні.

Як знайти запаси за амплітудою й фазою з діаграми Боде

  1. Підставте s = jω і обчисліть |G(jω)| у dB (20·log₁₀|G|) та фазу arg G(jω) у діапазоні частот.
  2. Зріз за амплітудою ω_gc: де |G(jω)| = 1, тобто 0 dB. Запас за фазою PM = 180° + фаза при ω_gc.
  3. Зріз за фазою ω_pc: де фаза дорівнює −180°. Запас за амплітудою GM = −|G(jω_pc)| у dB.
  4. Для розімкненої системи без полюсів у правій півплощині замкнена система стійка, коли обидва запаси додатні.
  5. Типові проєктні цілі: запас за фазою від 45° до 60° і запас за амплітудою щонайменше 6 dB.

Запитання й відповіді

Як ввести G(s)?

Введіть коефіцієнти чисельника й знаменника від старшого степеня s вниз, з нулями для відсутніх степенів. 2/(s(s + 1)(s + 2)) = 2/(s³ + 3s² + 2s) — це чисельник 2 і знаменник 1 3 2 0.

Чому фаза не обмежена діапазоном −180°…180°?

Фаза розгорнута: вона змінюється неперервно з частотою, тому система з трьома полюсами опускається до −270°. Перетин з −180° шукають на цій неперервній кривій.

Що, якщо перетину немає?

Якщо |G| ніколи не перетинає 0 dB, запас за фазою нескінченний; якщо фаза ніколи не досягає −180°, запас за амплітудою нескінченний. Наприклад, система першого чи другого порядку без запізнення має нескінченний запас за амплітудою.

Коли запаси можуть вводити в оману?

Для розімкнених систем із полюсами чи нулями в правій півплощині або з кількома перетинами одних запасів недостатньо для визначення стійкості; використовуйте критерій Найквіста. Калькулятор повідомляє найменші запаси, коли перетинів кілька.

Наскільки точні результати?

Характеристика обчислюється безпосередньо з комплексної передатної функції на густій логарифмічній сітці, а перетини уточнюються методом бісекції, тому частоти й запаси точні до багатьох цифр.

Потренуйтеся самі

Тренувати тему «Діаграми Боде та запаси»

Калькулятор дає відповідь. На іспиті потрібен метод: тренуйте його на нових задачах із підказками й розв’язками.

</> Вбудувати

Безкоштовно для викладачів і шкіл: вставте цей код на сторінку курсу, у LMS або на свій сайт. Студенти можуть користуватися калькулятором і покроковим розв’язком без акаунта.

Інші калькулятори