工程上如何理解頻寬頻率?實際意義是什麼?為什麼大學學習過程中很少強調頻寬的概念?

時間 2021-05-05 15:48:35

1樓:notsure

不斷地給你AB兩個位置的期望訊號,你就會在AB之間疲於奔命,有的時候還沒有到A點就要在半路上掉頭往B點跑。當期望訊號達到某個頻率時,你會在去A點的0.707位置剛好發生折返,這個頻率就是你的頻寬。

2樓:安靜

對於頻寬的理解我將近琢磨了一年,怎樣能夠讓行外人也能理解?首先我們要理解位置環、速度環、電流環的「迴圈時間」、」響應時間」、」頻寬」這三者的實際意義和區別。

週期和頻率的關係是倒數,我們現在拿電流環來舉例子,其迴圈時間是指電流環PI從取樣到計算結束的期間,和取樣週期相等,所以電流環的迴圈期間也可以叫更新期間、重新整理時間等等,如果換成頻率也可以叫更新率,重新整理率,取樣率,比如電流環迴圈時間是62.5us,那重新整理率就是16K.

響應時間是指指令跟隨時間,從即電流環指令開始經過電流環PI計算,IGBT,霍爾電流反饋到達電流環反饋的時間,這裡我們看到電流環的響應時間和載波頻率是有關係的,但是和負載沒有關係,所以電流環響應時間最快,再看速度環響應時間,從速度環指令給定開始,經過速度環PI計算+電流環響應時間+負載慣量+電機減速機械時間+負載剛性+編碼器反饋到速度環反饋的時間,這裡我們看到速度環的響應時間和速度環PI,電流環響應時間,負載慣量都是有關係的,和電流環響應時間是巢狀關係。

頻寬簡單理解為了更快跟隨,允許響應時間有誤差,即指令幅值最少不能低於70.7%,或者相位滯後不能低於90°。

3樓:周瀏陽

頻寬是乙個系統的引數。書上說,頻寬是系統跟蹤正弦輸入訊號使,輸出訊號的幅值下降到和輸入訊號幅值的某乙個比例時的頻率。

乙個電機,你去控制它的轉速,可以用跟蹤正弦輸入訊號來刻畫。你輸入乙個正弦訊號,看電機的輸出訊號(一般是指它的轉速)能不能復現,你輸入的訊號。比如你輸入了乙個2sin(0.

2t+pi)這樣乙個訊號,那麼最好的情況是,電機的輸出訊號,也就是它的角速度也是2sin(0.2t+pi)*A,其中A為某乙個常數,此時稱為電機完全復現了輸入訊號。但是通常情況下電機是乙個一階慣性環節,完全復現是不可能的,也就是說,電機的實際響應,會在原來的訊號上幅值有衰減,相角有滯後,而頻率一般和輸入訊號相同,比如實際的輸出訊號為1.

5*sin(0.2t+0.5pi)*A,這個是正常現象。

現在你不斷第加大輸入訊號的頻率,比如現在輸入訊號是 2*sin(0.4t+pi),2*sin(0.8t+pi)………………,你會發現,輸出訊號隨著頻率的增大,幅值越來越小,相角滯後越累越大,這個就是一階慣性環節的頻率特性,著名的令s=jw,就可以算出電機在某乙個特定頻率下輸出對輸入幅值的衰減和相位滯後的大小。

通常情況下,不僅是電機,一般的系統都會有乙個性質,就是對低頻訊號復現能力比較強,對高頻訊號復現能力比較弱,也就是對高頻輸入訊號,會產生比較大的衰減和相角滯後。如果輸入訊號的頻率大到一定的值,就基本上完全不能響應了。

那有童鞋要問了,如果輸入訊號不是正弦訊號腫麼辦?沒關係,根據傅利葉分析,如果輸入訊號不是正弦訊號,總是可以把它寫成一些正弦訊號的和,而電機近似為線性系統(如果不是線性系統,傳遞函式就無從談起,s=jw也無從談起),既然是線性系統,那麼一些函式的和作為輸入訊號時,輸出訊號等於單獨那這些函式做輸入訊號時所得到的多個輸出訊號的和。

那麼高頻訊號有什麼意義?還是傅利葉分析,乙個訊號如果有類似於階躍訊號的那種突變,或者近似的,變化得很劇烈的地方,這些地方都是通過該訊號進行傅利葉變換時的高頻分量來體現的,如果將階躍訊號進行傅利葉變換,然後把得到的結果的高頻成分去掉,也就是說讓高頻分量的幅值為0, 會發現階躍訊號在跳變的地方,會變得平緩,類似於正切曲線(只是類似,而不是等於)。由此可見,高頻訊號實際上代表了體現了乙個訊號的快速變化(在階躍訊號中就是跳變)的效能。

乙個系統受頻寬限制,不能響應高頻訊號;那就是說,即使你給這個系統輸入乙個階躍訊號,它的輸出也不可能跳的厲害,也不可能很陡的段,會有乙個平滑的過程,頻寬越低,輸出訊號越平,頻寬越高,輸出訊號可以越陡。

4樓:

運動控制和伺服系統中的頻寬是指機電系統跟蹤輸入參考訊號的能力。機電系統最終都可以處理為線性系統,線性系統則可以視為濾波器,且通常情況下為低通濾波器。這就意味著不是所有的頻率在系統響應中呈現。

比如說一階低通濾波器,如果輸入訊號擁有很寬的頻率範圍,但是其輸出只能是其輸入頻率中的一部分低頻,高頻部分被衰減甚至缺失。所以說頻寬決定了系統響應的頻率豐富程度。

《交流伺服驅動器通用技術條件》(JBT10184-2000)規定了伺服驅動器頻寬的測試方法:驅動器輸入正弦波轉速指令,其幅值為額定轉速指令值的0.01倍,頻率由1Hz逐漸公升高,記錄電動機對應的轉速曲線,隨著指令正弦頻率的提高,電動機轉速的波形曲線對指令正弦波曲線的相位滯後逐漸增大,而幅值逐漸減小。

相位滯後增大至90度時的頻率作為伺服系統90度相移的頻頻寬度;幅值減小至低頻時0.707倍的頻率作為伺服系統-3dB頻頻寬度。下面為市場上典型的一些伺服驅動產品的頻寬資料:

(由於每家的測試和評測方法可能存在差異,其中電流環的頻寬主要取決被控電機和伺服驅動器的效能,而速度環和位置環的頻寬主要取決於控制的機械物件)

Mitsubishi-J3:速度環頻寬500Hz左右

Delta ASDA-AB:速度環頻寬450Hz左右

Panasonic Minas A4:速度環頻寬350Hz左右

Panasonic Minas A5:速度環頻寬600Hz左右

Teco TSTA:速度環頻寬250Hz左右

可以看出國際主流的伺服產品的電流環的頻寬控制在2000Hz-5000Hz,速度環的頻寬能夠控制在250-800Hz。

(3)高頻寬的影響

更高的頻寬意味著提供給更為剛性的電機效能、降低跟蹤誤差、提供更快的瞬態響應時間,更強的抗干擾能力,但是同樣帶來缺點,對環路雜訊的放大,高頻響應干擾(意味著需要更高的加速度和力/力矩,意味能耗的增加,電機溫公升增加等),高頻寬同樣意味著高效能的元件。具體應用中結合實際需求,進行折中考慮。

參考:[1] http://www.

[6] 盧伯英譯,Katsuhiko Ogata 著,現代控制工程(第五版)

5樓:

這麼偏門的問題竟然有人問,看來我要義不容辭了。

以伺服電機(用模擬電壓控制的伺服電機的速度)為例來解釋下這個概念:

比如我們用-10V~+10V的電壓來控制電機的轉速, 電壓大於0,電機正向旋轉; 電壓小於0,電機負向旋轉;電壓越高,電機轉速越快;

由於物理上的限制,電機的轉速無法像階躍訊號那樣突變,那我們照顧它一下,讓控制電壓從正到負,然後從負到正這樣慢慢的變化(也可以假想是乙個頻率很低的正弦波),當輸入訊號變化很慢的時候,比如100秒的週期(頻率0.01Hz),伺服電機還能跟上輸入訊號的控制,讓正向轉就正向轉,讓負向轉就負向轉,並且能夠達到指定的轉速(這個引數要記住);

那把輸入訊號的變化頻率增加到0.1Hz(週期為10秒),電機旋轉還正常(讓正向轉就正向轉,讓負向轉就負向轉,並且能夠達到指定的轉速)

那把輸入訊號的變化頻率增加到1Hz(週期為1秒) 。。。。

那把輸入訊號的變化頻率增加到10Hz(週期為0.1秒) 。。。。

那把輸入訊號的變化頻率增加到100Hz(週期為0.01秒) 。。。。 注意!電機還可以正反轉,但是達不到要求的轉速了! 只能到0.01Hz時最大速度的一半!

那把輸入訊號的變化頻率增加到1000Hz(週期為0.001秒) 。。。。 什麼!電機不聽指揮,竟然不轉,變成燒烤爐了!

觀察一下,隨著輸入控制訊號變化頻率的提高(0.01Hz ~1000Hz),電機能達到的最高轉速在慢慢的下降,最後乾脆罷工了!電機最大轉速下降了一半時輸入訊號的頻率,就是這個伺服系統(電機空載)的頻寬(-3db頻寬)。

意義:其它的分析方法,比如根軌跡法,其前提條件是要有準確的數學模型;然而在實際應用中的伺服系統中,能得到準確的數學模型嗎? 而頻率響應則是一種容易實現的分析方法。

想了想,還是匿了吧

如何理解計算機網路效能指標之速率與頻寬的區別?

桃良既朔 傳播速率和通道長度以及通道的傳輸介質有關。頻寬一般相當於傳送速率 傳輸速率 所以頻寬增加,傳輸速率增加,而傳播速率不變。 速率是物理層的事,頻寬除了物理層還有其他層的影響。如果你買了電信的20M頻寬,但是接入的乙太網是百兆的,那麼,速率是百兆,頻寬是20M。那麼線路上的表現是什麼呢?只有五...

如何理解 ech 同調與上同調?

Cech cohomology的思想是把乙個拓撲斯 topos 的拓撲資訊轉化成純組合資訊 incidence information 組合的問題更有解決的可能。在純數學的很多學科裡面都能看見incidence geometry,很多時候只有incidence relation是本質的。下面說乙個在...

如何理解知乎上「如何優雅地XX」?

芝士 拋開抖機靈回答不談,如何優雅地XX 問題下的認真回答本質上是對日常的再探索。不依靠人的本能,不盲從大多數人的建議,重新審視身邊的事物。引用 大問題 導言的開頭 未經過審視的生活是不值得過的 蘇格拉底,西元前 5 世紀認識你自己!德爾菲的神諭 蘇格拉底的箴言 陳井二 渴望 優雅 是生活在我們這片...