幅频图
magnitudeplot(sys1) 关注增益随频率的变化. 直观地展示了系统对不同频率信号的“放大”或“衰减”特性.
sys1是控制系统的传递函数
低通滤波器(一阶系统): RC电路噪声滤除。
在噪声滤除应用中,工程师只需关注幅频图即可确定截止频率和衰减程度。
幅频图可优化元件值(如R、C)以满足噪声抑制要求。
magnitudeplot(1,0.1s+1)
直流电机速度控制: 电机调速系统
幅频图可帮助确定系统的速度响应带宽和低频增益,这对于调速性能至关重要。
幅频图可帮助确定系统的速度响应带宽和低频增益,这对于调速性能至关重要。
magnitudeplot(5,0.5*s^2+s)
质量-弹簧-阻尼系统: 机械振动分析
在振动分析中,幅频图直接显示谐振频率和峰值增益,这对避免共振或设计减振器至关重要。
机械结构设计中,仅幅频图可用于评估共振风险和操作频率安全区。
magnitudeplot(1,s^2+0.6s+1)
超前补偿器(PD控制器): 提高系统稳定裕度
幅频图清晰显示增益提升的频率范围(5-50 rad/s),这直接关联到超前补偿效果(如提高响应速度)。
用于调整补偿器参数以增加开环增益,从而减小稳态误差或扩展带宽。
magnitudeplot(2s+10,0.02s+1)
带通滤波器: 通信信号选频
在通信选频应用中,幅频图直接定义通带中心频率和带宽,这对信号提取(如调制解调)至关重要。
射频(RF)系统设计中,仅幅频图用于快速验证滤波器性能。
magnitudeplot(0.1s,(s+1)(0.01s+1))
低通滤波器(RC电路)
阻高频、通低频。幅频图显示高频段增益衰减(如音频系统滤除噪声)。
magnitudeplot([1],[0.001,1])
高通滤波器(CR电路)
阻低频、通高频(如去除传感器信号的直流偏移)。
magnitudeplot([0.002,0],[0.002,1])
带通滤波器(RLC谐振电路)
仅通过特定频段(如无线电接收目标频率信号)。
magnitudeplot([0.000637,0],[1,62.8,98596])
陷波滤波器(消除工频干扰)
在50Hz处深度衰减(如医疗设备中消除电源干扰)。
magnitudeplot([1, 0, 98596], [1, 31.4, 98596])
控制系统稳定性分析(二阶系统)
观察共振峰($\zeta<1$时出现峰值),评估系统稳定性。
magnitudeplot([10000], [1, 60, 10000])
叠加幅频图
magnitudeplot(sys1,sys2...sysN) 能够高效地对比不同系统的频率特性或同一系统的不同设计参数,从而加速分析和决策。
同时显示多个系统的 带宽、截止频率、谐振峰值、衰减斜率 等参数,无需反复切换图表。
在控制器或滤波器设计中,叠加不同参数(如RC值、阻尼比)的曲线,快速找到最优解。
在教学中,叠加一阶/二阶系统的曲线,直观展示阶数对衰减斜率的影响
sys是控制系统的传递函数
滤波器设计迭代对比: 优化RC低通滤波器的电容值选择
对比不同电容值在关键噪声频段(如50Hz工频/10kHz开关噪声)的衰减效果
快速确定满足衰减要求的电容值(如1kHz处-20dB需选C=1μF)
magnitudeplot([1,0.1@e-6*s+1], # C=0.1μF (截止频率1.59kHz)
[1,@e-6*s+1], # C=1μF (截止频率159Hz)
[1,10@e-6*s+1]) # C=10μF (截止频率15.9Hz)
控制系统稳定性优化: 调整PD控制器参数提升电机系统稳定裕度
观察PD控制器对增益交越频率的影响(理想上移2-5倍)
验证高频段增益衰减是否加剧(需避免高频噪声放大)
magnitudeplot([5,0.5*s^2+s], # 原始系统
[s+5,0.5*s^2+s], # 添加PD: Kp=1, Td=0.2
[2.5s+5,0.5*s^2+s]) # 强化PD: Kp=1, Td=0.5
机械系统共振分析: 不同阻尼比对振动系统的影响
量化谐振峰值降低效果(ζ=0.6时峰值衰减>10dB)
确定避免共振的工作频率范围(如>1.5ωₙ)
magnitudeplot([1,s^2+0.1*s+1], # ζ=0.05 (强共振)
[1,s^2+0.6*s+1], # ζ=0.3 (适度阻尼)
[1,s^2+1.2*s+1]) # ζ=0.6 (过阻尼)
通信滤波器组性能验证: 多通道带通滤波器频率隔离度分析
检查相邻通道隔离度(如15rad/s处需>30dB衰减)
验证通带平坦度和3dB带宽一致性
magnitudeplot([0.1*s,(s+1)*(0.01*s+1)], # 中心频率10rad/s
[0.2*s,(s+2)*(0.05*s+1)], # 中心频率20rad/s
[0.3*s,(s+5)*(0.02*s+1)]) # 中心频率50rad/s
电源设计EMI优化: 开关电源LC滤波器拓扑比较
对比衰减斜率(单级-40dB/dec vs 两级-80dB/dec)
评估开关频率(100kHz)处抑制能力(两级改善>20dB)
magnitudeplot([1,1@e-6*s^2+1@e-3*s+1], # 单级LC
[1,(1@e-6*s^2+1@e-3*s+1)^2]) # 两级级联
传感器信号调理对比: 不同抗混叠滤波器对测量精度影响
分析通带纹波(Bessel<0.1dB vs 巴特沃斯>3dB)
比较过渡带特性与采样频率关系(奈奎斯特频率50Hz)
magnitudeplot([1,0.01*s+1], # 一阶(采样率100Hz)
[1,(0.002*s)^2+0.55*0.002*s+1], # 二阶Bessel
[1,(0.001*s)^3+1]) # 三阶巴特沃斯
电机控制器频响验证: PWM载频谐波抑制效果
量化PWM载频(如20kHz)处增益衰减(需<-30dB)
观察增益提高对带宽影响(Kp=10时带宽扩展5倍)
magnitudeplot([5,0.5*s^2+s], # 开环
[5,0.5*s^2+s+5], # 闭环Kp=1
[5,0.5*s^2+s+50]) # 闭环Kp=10