Энциклопедия техники - частотная характеристика

в теории автоматического регулирования — зависящий от частоты комплексный коэффициент связи между рассматриваемым параметром системы и входным воздействием; Ч. х. существуют, если вынужденная составляющая движения системы является периодической функцией одного периода (одной частоты (ω)) с периодом вынуждающего воздействия. Если входной сигнал (воздействие) хвх и выходной сигнал (отклик на воздействие) хвых системы представить в комплексном виде:

где Авх((ω)), Авых((ω)) — амплитуды,

(φ)вх((ω)), (φ)вых((ω)) — фазы соответственно входного и выходного сигналов, то отношение

W(i(ω)) = xвых/xвх

системы; при этом величину

|W(i(ω))| = Авых((ω))/Авх((ω))

называют амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ), а величину argа

W(i(ω)) = (φ)вых((ω)) — (φ)вх((ω))

— фазовой частотной характеристикой (ФЧХ). В практике часто используют логарифмические амплитудно-частотные характеристики (ЛАЧХ) и логарифмические фазовые частотные характеристики (ЛФЧХ). При их построении по осям абсцисс откладывают частоту в логарифмическом масштабе, а по осям ординат

|W(i(ω))|,

— выраженную в дБ, и (φ) в линейном масштабе. При этом частота среза (ω)ср, при которой ЛАЧХ пересекает ось абсцисс, может служить мерой быстродействия системы, а запас по фазе

(∆φ)((∆φ) = (π) — |(φ)((ω)ср)|)

— мерой затухания свободных колебаний в ней. Функцию W(i(ω)), построенную на комплексной плоскости в координатах ReW(i(ω)), ImW(i(ω)), называют амплитудно-фазовой частотной характеристикой (см. также Годографа метод). Для нелинейных систем за Авых и (φ)вых принимаются амплитуда и фаза первой гармоники выходного сигнала. В этом случае Ч. х. зависит от амплитуды входного сигнала, а при некоторых сочетаниях параметров системы — и от направления (увеличения или уменьшения, см., например, Гистерезис) изменения частоты. Изложенное выше справедливо для так называемых непрерывных стационарных систем; в более общем случае линейных непрерывных и импульсных систем Ч. х. определяют как отношение комплексных спектров выходного и входного сигналов. У системы, имеющей n параметров состояния и k входных воздействий, насчитывается n(·)k независимых Ч. х. Например, короткопериодическое продольное движение самолёта характеризуется изменениями угла атаки (α) и скорости тангажа (ω)z; самолёт имеет четыре Ч. х. по этим параметрам при отклонении (δ)в руля высоты и воздействии вертикальных порывов ветра со скоростью W, являющиеся функциями i(ω):

(α)/(δ)в, (α)/W, (ω)z/W,

а комбинациями этих Ч. х. являются Ч. х. по перегрузке пy: пy/(δ)в, пy/W.

Ч. х. широко используются при анализе системы «самолёт — лётчик — система управления» благодаря возможности определения её динамических характеристик по Ч. х. отдельных элементов, устанавливаемых расчётными или экспериментальными методами. Ч. х. применяются для определения запасов устойчивости замкнутых систем по Ч. х. разомкнутых, для выяснения параметров автоколебаний при наличии в системах нелинейностей и реакции систем на детерминированные и случайные воздействия, для математического моделирования элементов систем по их Ч. х. В общем случае Ч. х. системы связана с её передаточной функцией W(p) соотношением W(i(ω)) = W(p)p = (ω).

Широкое использование экспериментальных методов определения Ч. х. привело к созданию и внедрению в исследовательскую практику специализированных приборов — анализаторов Ч. х., включающих генераторы гармонических сигналов, измерительные и вычислительные устройства. Авиация: Энциклопедия. — М.: Большая Российская Энциклопедия

Главный редактор Г.П. Свищев

1994