Diagrammi Di Bode

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Diagrammi Di Bode

Prof. Laura Giarré

Laura.Giarre@UNIMORE.IT

https://giarre.wordpress.com/ca/

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Diagrammi di Bode e polari

• Problema della rappresentazione grafica di funzioni complesse di variabile reale del tipo:

Tre possibili rappresentazioni!

Bode CA 2017-2018 Prof. Laura Giarré 2

40 50 60 70 80

Magnitude (dB)

10^-2 10^-1 10⁰ 10¹ 10² 10³ 10⁴ 10⁵ -90

-45 0 45

Phase (deg)

Bode Diagram

Frequency (rad/sec)

|F()|

arg{F()} 



Re{F()}

-2000 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

-5000 -4000 -3000 -2000 -1000 0 1000 2000 3000 4000

5000 Nyquist Diagram

Real Axis

Imaginary Axis

Im{F()}

|F()|

arg{F()}



-80 -60 -40 -20 0 20 40

45 50 55 60 65 70 75

80 Nichols Chart

Open-Loop Phase (deg)

Open-Loop Gain (dB)

arg{F()}

|F()|

()

|F()|



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Diagrammi di Bode

• La rappresentazione grafica della funzione di risposta armonica viene effettuata con speciali diagrammi, che costituiscono la base dei procedimenti grafici per la sintesi delle reti correttrici nel dominio delle frequenze.

• Fra questi sono di largo impiego i diagrammi di Bode.

• Poiché la funzione di risposta armonica ha valori complessi, si hanno due diversi diagrammi:

• diagramma delle ampiezze o dei moduli, che riporta il logaritmo del modulo della risposta armonica;

• diagramma delle fasi o degli argomenti, che riporta l'argomento della risposta armonica.

• Entrambi I diagrammi sono in funzione del logaritmo della pulsazione .

Bode CA 2017-2018 Prof. Laura Giarré

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Diagrammi di Bode

• Funzione di trasferimento in forma fattorizzata (costanti di tempo):

• Funzione di risposta armonica associata:

• 4 fattori elementari:

• Guadagno statico

• Poli/zeri origine

• Poli/zeri reali

• Poli/zeri complessi coniugati

4

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Diagrammi di Bode

• Il tracciamento dei due diagrammi di Bode (ampiezze e fasi) potrà essere eseguito sommando i diagrammi dei fattori

elementari. Questo è possibile grazie alle proprietà dei numeri complessi e al fatto di graficare il valore dell’ampiezza in scala logaritmica.

•

Dati quindi (a, b, c, … q) complessi e (k, …, q) interi si ha che

Proprietà numeri complessi Proprietà logaritmi

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Diagrammi di Bode

I vantaggi che si hanno impiegando la scala logaritmica sono:

• Possibilità di rappresentare col dovuto dettaglio grandezze che variano in campi notevolmente estesi;

• Possibilità di sommare i diagrammi relativi a sistemi in cascata, per ottenere il diagramma del sistema complessivo: infatti la risposta armonica complessiva si ottiene eseguendo il prodotto delle singole risposte armoniche, cioè eseguendo il prodotto delle ampiezze (che, impiegando una scala logaritmica, si riconduce ad una somma) e la somma delle fasi;

• Possibilità di costruire i diagrammi relativi ad una funzione di risposta armonica data in forma fattorizzata come somma di diagrammi

elementari, di un numero limitato di tipi fondamentali, corrispondente ciascuno ad un singolo fattore.^Bode CA 2017-2018 Prof. Laura Giarré

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Diagrammi di Bode

Frequenze (rad/sec)

Fase (gradi)Ampiezza (db)

Ampiezza espressa in decibel:

Diagramma logaritmico

Diagramma semi-logaritmico

Scala logaritmica

(possibilità di rappresentare con il dovuto dettaglio

grandezze che variano in campi molto estesi)

(8)

Diagrammi di Bode

Termini elementari

8

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Termini elementari

• I contributi dei poli si ottengono da quelli degli zeri semplicemente cambiando segno (ribaltamento attorno all’asse delle ascisse)

• I contributi di poli/zeri multipli si ottengono semplicemente da quelli a molteplicità singola moltiplicando per la molteplicità

guadagno statico zero origine

zero reale

zeri c.c.

Ampiezza Fase

9

(10)

Guadagno statico

se se se

se

se Ampiezza Fase

10

(11)

Zero nell’origine

Ampiezza Fase

Pendenza 20 db/decade

(12)

Polo nell’origine

• Polo nell’origine : Il relativo contributo (da sommare nel calcolo dei

diagrammi complessivi) si ottiene semplicemente ribaltando gli andamenti appena calcolati attorno all’asse delle ascisse

Pendenza

-20 db/decade

(13)

Zero reale

Pendenza 20 db/decade se

se

(valore assoluto dello zero)

13

(14)

Zero reale: fase

Caso

se se

Punto di flesso

Pendenza al punto di

flesso

14

(15)

Zero reale: fase

Caso

NB: il diagramma delle fasi è speculare

rispetto all’asse se

se

15

(16)

Polo reale

• Polo reale: Il relativo contributo (da sommare nel calcolo dei diagrammi complessivi) si ottiene semplicemente ribaltando gli andamenti appena calcolati attorno all’asse delle ascisse

_Ampiezza Fase

(17)

Il comportamento per frequenze prossime a può discostarsi molto dal

diagramma asintotico

dipendentemente dal valore di

Zeri complessi coniugati: ampiezza

Ampiezza

Pendenza 40 db/decade

(pulsazione naturale della coppia di zeri cc)

(18)

• Calcoliamo la frequenza del minimo della funzione

• Il valore minimo è alla frequenza e vale

Zeri complessi coniugati:

ampiezza

Al calare di la frequenza di

picco tende verso

e il valore del picco tende a

Il diagramma non dipende dal segno di

(19)

10⁰ 10¹ 10² -10

-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40

Magnitude (dB)

Bode Diagram

Frequency (rad/sec)

Zeri complessi coniugati: ampiezza

Il diagramma delle ampiezze ha le seguenti proprietà:

• Per la curva presenta un minimo;

• Per la curva interseca l'asse delle ascisse a destra del punto ed è pertanto tutta al di sotto della sua approssimazione asintotica;

• Per la curva interseca l'asse delle ascisse a sinistra del punto

• Per la curva non interseca l'asse delle ascisse ed è pertanto tutta al di sopra della sua approssimazione asintotica.

(20)

Zeri complessi coniugati: fase

Tangente al punto di flesso Caso

se se

(21)

Zeri complessi coniugati: fase

Caso

se se

(22)

• Poli complessi coniugati: Il relativo contributo (da sommare nel calcolo dei diagrammi complessivi) si ottiene

semplicemente ribaltando gli andamenti appena calcolati attorno all’asse delle ascisse

Poli complessi coniugati

Il valore massimo è alla frequenza

e vale

Tracciamento dei diagrammi

asintotici analogo al caso precedente

(23)

• Poli cc instabili: stesso andamento per il diagramma delle ampiezze e ribaltamento rispetto l’asse delle frequenze per il diagramma delle fasi

Poli complessi coniugati

(24)

10⁰ 10¹ 10² -40

-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10

Magnitude (dB)

Bode Diagram

Frequency (rad/sec)

Poli complessi coniugati: ampiezza

Il diagramma delle ampiezze ha le seguenti proprietà:

• Per la curva presenta un massimo;

• Per la curva interseca l'asse delle ascisse a destra del punto ed è pertanto tutta al di sopra della sua approssimazione asintotica;

• Per la curva interseca l'asse delle ascisse a sinistra del punto

• Per la curva non interseca l'asse delle ascisse ed è pertanto tutta al di sotto della sua approssimazione asintotica.

(25)

Poli complessi coniugati: risonanza

Il valore di picco alla frequenza

viene detto picco di risonanza

Fisicamente rappresenta il fattore di amplificazione

massima della coppia di poli a fronte di sollecitazioni alla frequenza di risonanza

(26)

Zeri complessi coniugati: risonanza

Il valore di minimo alla frequenza

viene detto picco di attenuazione

Fisicamente rappresenta il fattore di attenuazione

massima della coppia di zeri a fronte di sollecitazioni alla frequenza di risonanza

(27)

10^-1 10⁰ 10¹ 10² -60

-40 -20 0 20 40 60

Ampiezza

10^-1 10⁰ 10¹ 10²

-200 -100 0 100 200

Frequenza (rad/sec)

Fase

10^-1 10⁰ 10¹ 10²

-60 -40 -20 0 20 40 60

Ampiezza

10^-1 10⁰ 10¹ 10²

-200 -100 0 100 200

Frequenza (rad/sec)

Fase

10^-1 10⁰ 10¹ 10²

-60 -40 -20 0 20 40 60

Ampiezza

10^-1 10⁰ 10¹ 10²

-200 -100 0 100 200

Frequenza (rad/sec)

Fase

10^-1 10⁰ 10¹ 10²

-60 -40 -20 0 20 40 60

Ampiezza

10^-1 10⁰ 10¹ 10²

-200 -100 0 100 200

Frequenza (rad/sec)

Fase

Diagrammi di Bode – tabella riassuntiva

(28)

10^-1 10⁰ 10¹ 10² -40

-20 0 20 40

Ampiezza

10^-1 10⁰ 10¹ 10²

-100 -50 0 50 100

Frequenza (rad/sec)

Fase

10^-1 10⁰ 10¹ 10²

-40 -20 0 20 40

Ampiezza

10^-1 10⁰ 10¹ 10²

-100 -50 0 50 100

Frequenza (rad/sec)

Fase

10^-1 10⁰ 10¹ 10²

-40 -20 0 20 40

Ampiezza

10^-1 10⁰ 10¹ 10²

-100 -50 0 50 100

Frequenza (rad/sec)

Fase

10^-1 10⁰ 10¹ 10²

-40 -20 0 20 40

Ampiezza

10^-1 10⁰ 10¹ 10²

-100 -50 0 50 100

Frequenza (rad/sec)

Fase

Diagrammi di Bode – tabella riassuntiva

(29)

Diagrammi di Bode – tabella riassuntiva

10^-1 10⁰ 10¹ 10²

-50 0 50

Ampiezza

10^-1 10⁰ 10¹ 10²

-200 -100 0 100 200

Frequenza (rad/sec)

Fase

10^-1 10⁰ 10¹ 10²

-50 0 50

Ampiezza

10^-1 10⁰ 10¹ 10²

-200 -100 0 100 200

Frequenza (rad/sec)

Fase

10^-1 10⁰ 10¹ 10²

-50 0 50

Ampiezza

10^-1 10⁰ 10¹ 10²

-200 -100 0 100 200

Frequenza (rad/sec)

Fase

10^-1 10⁰ 10¹ 10²

-50 0 50

Ampiezza

10^-1 10⁰ 10¹ 10²

-200 -100 0 100 200

Frequenza (rad/sec)

Fase

(30)

Ritardo temporale

Modulo Argomento