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Bode Plot

Analysis

BodePlot(伯德图)方块对线性动态系统进行频率响应分析。它同时生成并绘制两张图表:

  1. 幅频特性(dB 对 rad/s):显示系统在不同频率下的增益大小。
  2. 相频特性(度 对 rad/s):显示输出相对于输入的相位滞后或超前。

该方块在频域分析中对于评估系统稳定性至关重要,可直观读取增益裕度(Gain Margin)、相位裕度(Phase Margin)、截止频率、带宽以及谐振峰值。它通过向系统注入不同频率的正弦激励信号,并在系统达到稳态后测量幅值和相位响应,完成自动化频率扫描。

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数学模型

∣H(jω)∣dB=20log⁡10∣H(jω)∣∠H(jω)=arg⁡(H(jω))[度]\begin{aligned} |H(j\omega)|_{\text{dB}} &= 20 \log_{10} \big| H(j\omega) \big| \\ \angle H(j\omega) &= \arg\big( H(j\omega) \big) \quad [\text{度}] \end{aligned}

其中 H(jω)H(j\omega) 为沿虚轴(s=jωs = j\omega)计算得到的复数传递函数。

输入与输出

Direction ID Label 类型 Status
→ In in1 Input number Required
← Out out Result number Output

参数

参数 Label 类型 默认值 描述
inputSource Input Source ID text sine1
startFreq Start Frequency (rad/s) number 0.1
endFreq End Frequency (rad/s) number 100
pointsPerDecade Points Per Decade number 10

使用示例

二阶谐振系统测试

带阻尼质量-弹簧系统的频率响应分析:

SignalGenerator → TransferFunction (num: "100", den: "s^2 + 2s + 100") → BodePlot

一阶低通滤波器

系统传递函数:G(s)=1s+1G(s) = \frac{1}{s + 1}。伯德图在 1 rad/s 处呈现 -3 dB 截止点,高频段幅频渐近线斜率为 -20 dB/dec。

说明与最佳实践

  • 稳态测量:扫频算法在每个频率点等待系统进入稳态,然后再精确提取幅值比与相位差。
  • 线性假设:分析基于系统线性假设;非线性系统测试结果可能随输入信号幅值变化。
  • 实时交互:可动态调整扫频范围以放大观察穿越频率与谐振尖峰。

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