频率响应描述了系统对变频率正弦输入的稳态响应，控制工程师可以在频域分析和设计控制系统。
为了理解为什么频域是重要的，考虑一下原声吉他。如果我们把麦克风放在它的音板附近，拨动其中一根弦(图1)。(左)，振动的弦会在吉他腔中产生共鸣，并产生声波，被麦克风捕捉到。观察捕获信号的时间轨迹(图1，右)，很难快速提取出有关正在发生的信息。
图1:振动在吉他腔中共振并产生声波(左)。信号在时域的时间轨迹(右)。
当我们在频谱分析仪的频域上观察同一信号，或者对时域信号进行快速傅里叶变换(FFT)，我们可以看到在某个频率处有一个振幅峰值(图2，左)。这个峰值频率是构成我们刚才演奏的音符的基本音。当我们调整调谐器旋钮或按下弦到吉他的颈部，我们改变了预负荷或该弦的有效长度。这将改变弦共振的频率，我们产生一个不同的音符(图2，右边)。通过这个简单的频域分析，我们可以看到吉他(系统)如何响应弹拨(系统输入)。
图2:同样的信号在频域(左)。通过预压改变弦的共振频率(右)。
这种类比可以应用到我们感兴趣的其他系统中，即系统对来自环境的输入或刺激的反应。我们可以深入了解系统动力学，如谐振峰频率，直流增益，带宽，相位延迟，以及相位和增益裕度的闭环系统。
得到系统的频响
下面的图表帮助确定了一种方法(显示为灰色)，以获得使用MATLAB系统的频率响应®和仿真软万博1manbetx件®．
图3:使用MATLAB和Simulink获取系统的频率响应。万博1manbetx
图4:波德图。
在某些情况下，系统的线性表示可能是不可用的。
- 在这种情况下，如果您能够访问来自物理系统的输入-输出测试数据，那么您就可以使用数据驱动的建模方法系统辨识工具箱™识别系统的传递函数、状态空间表示和频率响应模型。
- 如果你使用Simuli万博1manbetxnk建模系统动力学，你可以使用模型线性化应用程序万博1manbetx仿真软件控制设计™将你的模型线性化，从而为你的Simulink模型创建一个线性的状态空间近似，并绘制频率响应。万博1manbetx
- 如果Simulink模型万博1manbetx由于不连续而不能线性化，可以使用频响估计来直接估计频响模型。
图5:Simulink中的频响估计。万博1manbetx
万博1manbetx仿真软件控制设计提供两种估计系统频率响应模型的方法。
离线频率响应估计
的模型线性化电路应用用指定频率的输入扰动信号激励系统，并在仿真过程中记录模型输出的响应(图5)。仿真后，对记录的输入和输出信号进行处理，计算模型的频率响应。
在线频率响应估计
在实时运行过程中，对物理装置的频率响应进行了估计频率响应估计器块．该模块在标称工作点向设备注入正弦测试信号，随着输出信号数据的收集，频率响应不断细化
下表显示了根据您对频率范围、精度和估计速度的估计需要可以注入的扰动信号。
| 输入信号类型 | 离线/在线评估的可用性 | 频率范围(窄带或宽带) | 精度 | 的速度估计 | 有用的时候…… |
|---|---|---|---|---|---|
| 1(低)至5(高) | |||||
| Sinestream | 离线、在线 | 窄带 | ★★★★★ | ★ | 系统包含很强的非线性或你需要高度精确的频率响应模型。 |
| 尖声地说 | 离线 | 宽带 | ★★ | ★★★ | 系统在频率范围内几乎是线性的。当您想要快速获得大量频率点的响应时，这也很有用。 |
| 伪随机位序列 | 离线 | 宽带 | ★★ | ★★★ | 系统包含高频开关元件等与通信和电力电子系统配套。 |
| 一步 | 离线 | 宽带 | ★ | ★★★ | 在所有频率上均匀地激励系统，直到奈奎斯特频率 |
| 随机 | 离线 | 宽带 | ★★ | ★★★ | 您对所评估的系统没有太多的了解。 |
总之，计算系统的频率响应对于控制分析和设计是很重要的。MATLAB和Simu万博1manbetxlink提供了不同的方法，你可以用来得到你的系统的频率响应。要了解关于这些方法的更多信息，请参阅下面的示例和参考资料。
