第四章系统时域响应精选PPT.ppt
《第四章系统时域响应精选PPT.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第四章系统时域响应精选PPT.ppt(69页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、第三章第三章 时域分析法时域分析法 第一节第一节 引言引言 时域分析方法是根据系统的微分方程,时域分析方法是根据系统的微分方程,采用拉氏变换法直接解出系统的时间响应,采用拉氏变换法直接解出系统的时间响应,再根据时间响应来分析系统的稳定性、准确再根据时间响应来分析系统的稳定性、准确性和快速性能。用时域分析系统性能具有直性和快速性能。用时域分析系统性能具有直接、准确、易于接受的特点,是经典控制理接、准确、易于接受的特点,是经典控制理论中进行系统性能分析的一种重要方法。论中进行系统性能分析的一种重要方法。第1页,此课件共69页哦第三章第三章 时域分析法时域分析法 第二节第二节 典型输入信号典型输入信
2、号 在时域进行分析时,为了比较不同系统的在时域进行分析时,为了比较不同系统的控制性能,需要规定一些具有典型意义的输入控制性能,需要规定一些具有典型意义的输入信号,建立分析比较的基础,这些信号称为控信号,建立分析比较的基础,这些信号称为控制系统的典型输入信号。因为系统对典型输入制系统的典型输入信号。因为系统对典型输入信号的响应特性,与系统对实际输入信号的响信号的响应特性,与系统对实际输入信号的响应特性之间存在着一定的关系,所以采用典型应特性之间存在着一定的关系,所以采用典型输入信号来评价系统的性能是合理的。输入信号来评价系统的性能是合理的。第2页,此课件共69页哦第三章第三章 时域分析法时域分析
3、法 为便于进行理论分析与试验研究,对典型为便于进行理论分析与试验研究,对典型输入信号有如下要求:输入信号有如下要求:(1)(1)能够使系统工作在最不利的情况下;能够使系统工作在最不利的情况下;(2)(2)形式简单,便于解析分析;形式简单,便于解析分析;(3)(3)在实际中可以实现或近似实现。在实际中可以实现或近似实现。工程中经常采用的典型输入信号有单位脉工程中经常采用的典型输入信号有单位脉冲函数、单位阶跃函数、单位斜坡函数、谐和冲函数、单位阶跃函数、单位斜坡函数、谐和函数和单位加速度函数等。函数和单位加速度函数等。其数学描述与图形如图其数学描述与图形如图3-13-1所示。所示。第3页,此课件共
4、69页哦图3-1 常用典型信号的函数及其图形第4页,此课件共69页哦第三章第三章 时域分析法时域分析法 第三节第三节 一阶系统的时域响应一阶系统的时域响应 控制系统的时间响应由两部分组成:瞬态响控制系统的时间响应由两部分组成:瞬态响应和稳态响应。瞬态响应是指系统从初始状态应和稳态响应。瞬态响应是指系统从初始状态到最终状态的响应过程。稳态响应是指当时间到最终状态的响应过程。稳态响应是指当时间t t趋于无穷大时,系统的输出状态。趋于无穷大时,系统的输出状态。一阶惯性系统是一阶系统的典型代表,其传一阶惯性系统是一阶系统的典型代表,其传递函数标准形式是:递函数标准形式是:第5页,此课件共69页哦第三章
5、第三章 时域分析法时域分析法 一、一阶系统的单位阶跃响应一、一阶系统的单位阶跃响应 单位阶跃输入单位阶跃输入X Xi(t)=1(t)i(t)=1(t),对其进行拉氏变,对其进行拉氏变换得,换得,X Xi(S)=1/i(S)=1/S S,则,则 对上式进行拉氏反变换,得对上式进行拉氏反变换,得 第6页,此课件共69页哦第三章第三章 时域分析法时域分析法 得出如下重要结论:得出如下重要结论:(1)(1)一阶系统总是稳定的,无振荡;一阶系统总是稳定的,无振荡;(2)(2)系统响应由两部分组成,稳态响应系统响应由两部分组成,稳态响应1(t)1(t)和瞬态响应和瞬态响应 组成组成,瞬态响应随着瞬态响应随
6、着时间的增加逐渐衰减为时间的增加逐渐衰减为0 0;(3)(3)经过时间经过时间T T曲线上升到稳态值的曲线上升到稳态值的0.6320.632高度。反之,用实验方法测出的时间响高度。反之,用实验方法测出的时间响应曲线到达稳态值的应曲线到达稳态值的0.6320.632时所用的时间,即时所用的时间,即是一阶系统的时间常数是一阶系统的时间常数T T;第7页,此课件共69页哦第三章第三章 时域分析法时域分析法 重要结论:重要结论:(4)(4)经过时间经过时间3 3T T-4-4T T,响应曲线已达到稳态值的,响应曲线已达到稳态值的95%-98%95%-98%,可以认为其调整过程已经完成,故一,可以认为其
7、调整过程已经完成,故一般取调整时间为(般取调整时间为(3-43-4)T T;(5)(5)在在t t=0=0处,响应曲线的切线斜率为处,响应曲线的切线斜率为1/1/T T;(6)(6)若通过实测某系统单位阶跃响应若通过实测某系统单位阶跃响应y yo o(t)(t),将,将1-1-y yo o(t)(t)标在半对数坐标纸上,如果得出一条标在半对数坐标纸上,如果得出一条直线,则可判定该系统为一阶环节。直线,则可判定该系统为一阶环节。第8页,此课件共69页哦第三章第三章 时域分析法时域分析法 二、一阶系统的单位斜坡响应二、一阶系统的单位斜坡响应 一阶系统的单位斜坡响应一阶系统的单位斜坡响应.doc 当
8、当 t 充分大时,系统跟踪单位斜坡输入信号充分大时,系统跟踪单位斜坡输入信号的误差为的误差为T。显然,。显然,惯性环节的时间常数越小,惯性环节的时间常数越小,则该环节的稳态误差越小。则该环节的稳态误差越小。一阶系统的单位斜坡响应是一条由零开始逐一阶系统的单位斜坡响应是一条由零开始逐渐变为等速变化的曲线,稳态输出与输入同斜渐变为等速变化的曲线,稳态输出与输入同斜率,但滞后一个时间常数,即存在跟踪误差,率,但滞后一个时间常数,即存在跟踪误差,其数值大小也等于其数值大小也等于T。第9页,此课件共69页哦第三章第三章 时域分析法时域分析法 三三、一一阶阶系系统统的的单单位位脉脉冲冲响响应应一一阶阶系系
9、统的单位斜坡响应统的单位斜坡响应.doc 一一阶阶系系统统的的典典型型输输入入响响应应特特性性与与时时间间常常数数密密切切相相关关,时时间间常常数数越越小小、单单位位脉脉冲冲响响应应的的衰衰减减越越快快,单单位位阶阶跃跃响响应应的的调调整整时时间间越越小小,单单位位斜坡响应的稳态误差及滞后时间也越小。斜坡响应的稳态误差及滞后时间也越小。例例3-13-1 p79第10页,此课件共69页哦第三章第三章 时域分析法时域分析法 第四节第四节 二阶系统的瞬态响应分析二阶系统的瞬态响应分析 第11页,此课件共69页哦4-1 控制系统的时域指标控制系统的时域指标 控制系统的时域性能指标,是根据系统在控制系统
10、的时域性能指标,是根据系统在单位阶跃函数作用下的时间响应单位阶跃函数作用下的时间响应单位阶跃单位阶跃响应确定的,通常以响应确定的,通常以h(t)表示。表示。实际应用的控制系统,多数具有阻尼振荡实际应用的控制系统,多数具有阻尼振荡的阶跃响应,如图的阶跃响应,如图4-1所示:所示:所谓时域分析法,就是在时间域内研究控制系统性所谓时域分析法,就是在时间域内研究控制系统性能的方法,它是通过拉氏变换直接求解系统的微分方程,能的方法,它是通过拉氏变换直接求解系统的微分方程,得到系统的时间响应,然后根据响应表达式和响应曲线得到系统的时间响应,然后根据响应表达式和响应曲线分析系统的动态性能和稳态性能。分析系统
11、的动态性能和稳态性能。第12页,此课件共69页哦第13页,此课件共69页哦n一.上升时间上升时间t tr r 响应曲线从零首次上升到稳态值响应曲线从零首次上升到稳态值h(h()所需的时所需的时间,称为上升时间。对于响应曲线无振荡的系统,间,称为上升时间。对于响应曲线无振荡的系统,t tr r是响应曲线从稳态值的是响应曲线从稳态值的10%10%上升到上升到90%90%所需的时所需的时间。间。延迟时间延迟时间t td d:响应曲线第一次到达终值一半所需的时响应曲线第一次到达终值一半所需的时间。间。n二二.峰值时间峰值时间t tp p 响应曲线超过稳态值响应曲线超过稳态值h(h()达到第一个峰值所需
12、达到第一个峰值所需的时间。的时间。n三三.调节时间调节时间t ts s 在稳态值在稳态值h(h()附近取一误差带,通常取附近取一误差带,通常取第14页,此课件共69页哦 响应曲线开始进入并保持在误差带内所需响应曲线开始进入并保持在误差带内所需的最小时间,称为调节时间。的最小时间,称为调节时间。ts越小,说明系统从一个平衡状态过渡到另越小,说明系统从一个平衡状态过渡到另一个平衡状态所需的时间越短。一个平衡状态所需的时间越短。n四四.超调量超调量%响应曲线超出稳态值的最大偏差与稳响应曲线超出稳态值的最大偏差与稳态值之比。即态值之比。即第15页,此课件共69页哦 超调量表示系统响应过冲的程度,超超调
13、量表示系统响应过冲的程度,超调量大,不仅使系统中的各个元件处于恶调量大,不仅使系统中的各个元件处于恶劣的工作条件下,而且使调节时间加长。劣的工作条件下,而且使调节时间加长。n五五.振荡次数振荡次数N 在调节时间以内,响应曲线穿越其稳在调节时间以内,响应曲线穿越其稳态值次数的一半。态值次数的一半。tr,tp和和ts表示控制系统反映输入信号的快速表示控制系统反映输入信号的快速性,而性,而%和和N N反映系统动态过程的平稳性。反映系统动态过程的平稳性。即系统的阻尼程度。其中即系统的阻尼程度。其中t ts s和和%是最重要是最重要的两个动态性能的指标。的两个动态性能的指标。第16页,此课件共69页哦4
14、-2 一阶系统的时间响应一阶系统的时间响应一一.一阶系统的数学模型一阶系统的数学模型第17页,此课件共69页哦结构图和闭环极点分布图为:结构图和闭环极点分布图为:T表征系统惯性大小的重要参数。表征系统惯性大小的重要参数。二二.一阶系统的单位阶跃响应一阶系统的单位阶跃响应第18页,此课件共69页哦第19页,此课件共69页哦曲线曲线第20页,此课件共69页哦例例1.一阶系统的结构图如图所示,若一阶系统的结构图如图所示,若kt=0.1,试试求系统的调节时间求系统的调节时间ts,如果要求,如果要求ts 0.1秒。试秒。试求反馈系数应取多大?求反馈系数应取多大?第21页,此课件共69页哦解:系统的闭环传
15、递函数解:系统的闭环传递函数第22页,此课件共69页哦三三.一阶系统的单位斜坡响应一阶系统的单位斜坡响应第23页,此课件共69页哦单位斜坡响应曲线如图所示:引入误差的概念:当时间t趋于无穷时,系统单位阶跃响应的实际稳态值与给定值之差。即:tTTr(t)=tc(t)0第24页,此课件共69页哦 一阶系统单位斜坡响应存在稳态误差一阶系统单位斜坡响应存在稳态误差 ess=t-(t-T)=T 从曲线上可知,一阶系统单位斜坡响应从曲线上可知,一阶系统单位斜坡响应达到稳态时具有和输入相同的斜率,只要在达到稳态时具有和输入相同的斜率,只要在时间上滞后时间上滞后T,这就存在着这就存在着ess=T的稳态误差。的
16、稳态误差。第25页,此课件共69页哦4-3 二阶系统分析二阶系统分析一一.二阶系统的数学模型二阶系统的数学模型 以前讲过的位置随动系统,就是一个典以前讲过的位置随动系统,就是一个典型的二阶系统。型的二阶系统。结构图可以简化为结构图可以简化为-第26页,此课件共69页哦第27页,此课件共69页哦 得到二阶系统传递函数的标准形式得到二阶系统传递函数的标准形式,即:即:式中,式中,为系统的阻尼比为系统的阻尼比 w wn n为无阻尼振荡频率,简称固有频率为无阻尼振荡频率,简称固有频率(也称自然振荡频率)(也称自然振荡频率)第28页,此课件共69页哦闭环特征方程为:闭环特征方程为:其特征根即为闭环传递函
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第四 系统 时域 响应 精选 PPT
限制150内