1. Проанализируйте частотную характеристику системы:

Используйте инструменты анализа частотной характеристики, такие как график Боде, для анализа характеристик усиления и фазы системы на разных частотах. График Боде может интуитивно отображать запас усиления и запас фазы системы, которые являются ключом к измерению стабильности системы. Запас усиления показывает, насколько система станет нестабильной при дальнейшем увеличении усиления, а запас фазы показывает, насколько система станет нестабильной при дальнейшем отставании фазы. Анализируя график Боде, определите, соответствуют ли запас усиления и запас фазы системы на текущей частоте среза требованиям стабильности.

2. Для фильтров нижних частот:

• Увеличьте частоту среза (в определенном диапазоне):

Если основная проблема системы заключается в том, что скорость отклика слишком медленная, а текущая частота среза фильтра нижних частот слишком низкая, что приводит к узкой полосе пропускания системы, соответствующее увеличение частоты среза может улучшить скорость отклика системы. Однако при увеличении частоты среза будьте осторожны, чтобы не вносить слишком много высокочастотного шума и помех, и убедитесь, что запас по фазе и запас по усилению системы не будут уменьшены до такой степени, что это повлияет на стабильность. После увеличения частоты среза повторно проанализируйте частотную характеристику системы и проверьте изменения в показателях стабильности.

• Уменьшите частоту среза (при необходимости):

Если в системе есть высокочастотные колебания или нестабильность, это может быть связано с тем, что частота среза слишком высока и не может эффективно подавлять высокочастотные шумы и сигналы помех. В это время, соответствующее уменьшение частоты среза может отфильтровать больше высокочастотных компонентов и уменьшить влияние помех на систему, тем самым улучшая стабильность системы. Однако уменьшение частоты среза может замедлить скорость реакции системы, и необходимо найти компромисс между стабильностью и скоростью реакции.

3. Для фильтров верхних частот:

• Уменьшить частоту среза (в определенном диапазоне):

Если система подвержена низкочастотным шумам или помехам, что приводит к снижению стабильности, соответствующее снижение частоты среза фильтра верхних частот может более эффективно отфильтровывать низкочастотные помехи и повышать стабильность системы. Однако снижение частоты среза может увеличить затухание системой низкочастотных полезных сигналов и повлиять на способность системы обрабатывать низкочастотные сигналы, поэтому ее необходимо настраивать с осторожностью.

• Увеличьте частоту среза (при необходимости):

Если низкочастотная характеристика системы чрезмерна, что приводит к нестабильным колебаниям или ненормальной реакции системы, соответствующее увеличение частоты среза фильтра верхних частот может уменьшить влияние низкочастотных сигналов и сделать систему более стабильной. Аналогично, при увеличении частоты среза будьте осторожны, чтобы не повлиять на нормальную обработку системой низкочастотных полезных сигналов.

4. Для полосовых фильтров:

• Отрегулируйте ширину полосы пропускания и центральную частоту:

Частота среза полосового фильтра определяет диапазон его полосы пропускания. Если нестабильность системы вызвана неправильным выбором полосы пропускания полосового фильтра, что приводит к введению ненужных частотных компонентов или неэффективному прохождению полезных сигналов, можно отрегулировать нижнюю и верхнюю частоты среза полосового фильтра, чтобы изменить его полосу пропускания и центральную частоту. Сделать полосу пропускания более точно соответствующей диапазону частот полезного сигнала, одновременно подавляя помеховые сигналы других частот, тем самым повышая стабильность системы.

• Оптимизация характеристик полосы пропускания:

Помимо регулировки частоты среза, стабильность системы может быть также улучшена путем оптимизации характеристик полосы пропускания полосового фильтра, например, путем уменьшения пульсации в полосе пропускания и улучшения ее ровности. Более ровная характеристика полосы пропускания может заставить систему более последовательно реагировать на сигналы разных частот в пределах полосы пропускания, уменьшая факторы нестабильности, вызванные непоследовательной частотной характеристикой.

5. Проведите моделирование и экспериментальную проверку:

После настройки частоты среза используйте инструменты моделирования системы (такие как MATLAB/Simulink и т. д.) для моделирования системы, наблюдайте за реакцией системы при различных входных условиях и оценивайте стабильность и производительность системы. С помощью моделирования можно быстро проверить эффективность схемы настройки и внести необходимые корректировки. Проведите реальные экспериментальные испытания, примените настроенный фильтр к реальной системе и измерьте показатели производительности системы, такие как выходной отклик, запас устойчивости и т. д. Продолжайте оптимизировать настройку частоты среза на основе экспериментальных результатов, пока система не достигнет удовлетворительных требований к стабильности и производительности.