
【電】 unity-gain crossoven frequency
單位增益交越頻率(Unity Gain Crossover Frequency)是控制系統工程中的關鍵參數,指系統開環傳遞函數的增益下降至1(即0 dB)時對應的頻率值。該頻率點與相位裕度共同構成系統穩定性判據:當相位裕度在該頻率處保持正值時,系統具備穩定工作能力;若相位裕度不足,則可能引發震蕩或失穩現象。
從頻域響應分析角度,該參數可通過波特圖直觀觀測,其數學表達式為: $$ |G(jomega_c)H(jomega_c)| = 1 $$ 其中$omega_c$即為單位增益交越頻率,$G(s)$和$H(s)$分别代表前向通道與反饋通道的傳遞函數。
在工程實踐中,該參數的設置需要權衡響應速度與系統穩定性。較高的交越頻率意味着更快的響應能力,但會壓縮相位裕度;較低數值雖能提升穩定性,卻會限制系統動态性能。典型工業控制系統設計中,通常建議相位裕度保持在30°-60°範圍内。
權威文獻中,麻省理工學院的控制系統課程将這一參數列為頻域設計三大核心要素之一(來源:MIT OpenCourseWare 6.003),而IEEE控制系統協會的技術報告則強調其在航空航天姿态控制系統中的關鍵作用(來源:IEEE CSS Technical Committee)。
單位增益交越頻率是控制系統中描述系統穩定性的重要參數,指增益降為1(即0dB)時的頻率點。以下是綜合解釋:
基本定義
當系統開環增益的幅值等于1(對應0dB)時對應的頻率,稱為單位增益交越頻率(Unity Gain Crossover Frequency)。此時輸入與輸出信號幅值相等,系統處于穩定性和動态響應的臨界點。
工程意義
計算公式
在伯德圖中,可通過解算開環傳遞函數的幅頻特性方程獲得:
$$
|G(jomega_c)| = 1
$$
其中$omega_c$即為單位增益交越頻率。
擴展說明
示例應用:設計放大器電路時,需确保單位增益交越頻率遠高于工作頻率範圍,以避免相位裕度不足導緻自激振蕩。
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