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  • (十一)伯德图、20logM与dB

    该系列为DR_CAN动态系统的建模与分析系列视频笔记,详见https://space.bilibili.com/230105574

    由于笔者水平有限,文中难免存在一些不足和错误之处,诚请各位批评指正。

    1 频率响应到伯德图

    回顾之前有关频率响应的内容,我们通过 (G(jomega)) 可以绘制出系统的振幅响应和幅角响应。这样的图像我们以及非常熟悉了,只要将振幅响应的纵坐标由 (|G(jomega)|) 改为 $20lg $ |G(jomega)|,就得到了伯德图(Bode Plot)

    2 分贝 decibel

    分贝(decibel)的概念一开始是用来描述电话电报的信号损失的,其中的 “deci” 是十分之一的意思,而 “bel” 指的就是科学家贝尔。分贝的计算公式如下:

    image-20200513143807647

    其中 (P_m quad P_r) 分别为测量能量和参考能量,可以看出,dB实际上就是能量的比值然后再取对数。取对数的目的就是可以更简便的表示很大的数。

    3 伯德图中的dB

    回到伯德图,我们发现振幅响应纵坐标取的是 (20lg |G(jomega)|) 而不是 (10lg |G(jomega)|) ,这就需要引入另一个变换了。我们知道振幅响应 (|G(jomega)| = frac{M_o}{M_i}) ,这是振幅之间的比值,而dB是能量比值的对数。而一般来说,振幅与能量是平方的关系。所以伯德图中的dB就是这么来的:

    image-20200513144742879

    有了对dB的认识之后,我们就可以更好的从伯德图分析系统了。

    4 两个例子

    • 积分

    image-20200513145058203

    • 一阶系统:

    image-20200513145305971

    使用matlab绘制 (frac{1}{s+1}) 的伯德图:

    image-20200513145620953

    可以看到当 (omega = a) 也就是截止频率时,系统的振幅下降到了-3dB,这意味着系统输出的能量是系统输入能量的一半。

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