频率响应函数
频率响应函数表征了测试系统对给定频率下的稳态输出与输入的关系。这个关系具体是指输出、输入幅值之比与输入频率的函数关系,和输出、输入相位差与输入频率的函数关系。这两个关系称为测试系统的频率特性。频率响应函数一般是一个复数。
频率响应函数直观地反映了测试系统对各个不同频率正弦输入信号的响应特性。通过频率响应函数可以画出反映测试系统动态特性的各种图形,简明直观。此外,很多工程中的实际系统很难确切地建立其数学模型,更不易确定其模型中的参数,因此要完整地列出其微分方程式并非易事。所以,工程上常通过实验方法,对系统施加激励,测量其响应,根据输入、输出关系可以确立对系统动态特性的认识。因而频率响应函数有着重要的实际意义1。
基本信息
- 中文名
频率响应函数
- 外文名
frequency response function
- 所属学科
数理科学
- 形式
复数形式
- 相关概念
幅频特性、相频特性等
概念
在系统传递函数
已经知道的情况下,若系统是稳定的,令
中
的实部为零,即令
代入
,可以得到系统的频率响应函数
。对于定常线性系统,有
式中:
。
若在
时刻将输入信号接人定常线性系统,令
代入拉普拉斯变换中,实际上是将拉普拉斯变换变成傅里叶变换。又由于系统的初始条件为零,因此系统的频率响应函数
就成为输出
、输入
的傅里叶变换
之比,即
上式告诉我们,在测得输出
和输入
后,由其傅里叶变换
可求得频率响应函数
。
需要注意的是,频率响应函数是描述系统的简谐输入和其稳态输出的关系,在测量系统频率响应函数时,必须在系统响应达到稳态阶段时才能测量。
频率响应函数是复数,因此可以改写为
式中:
——系统的幅频特性;
—— 系统的相频特性;
—— 系统的实频特性;
—— 系统的虚频特性。
显然有
由上可见,系统的幅频特性
、相频特性
、实频特性
、虚频特性
都是输入频率
的实函数2。