控制系统的时域分析法;时域响应:指系统在时间域内对外界输入的响应。亦即系统数学模型的时域解。;时间tr;一般情况下,分析一个控制系统主要从稳定性、稳态性能和动态性能三方面来考虑,这些性能的衡量标准及详细指标参数如下表所示。;上升时间tr:输出响应从零开始第一次上升到稳态值时所需的时间。即:c(tr)=c(∞)=1│第一次。
峰值时间tp:输出响应从零开始上升到第一个极值(最大值)处时所需的时间。即:dc(tp)/dt=0│第一次。
调节时间ts:输出响应达到并保持在一个允许误差带Δ内时所需的最短时间。;平稳性指标;五种常用典型输入信号;§3.2一阶系统时域分析;r(t)=1(t)→R(s)=1/s→C(s)=Φ(s)R(s)
即:;3.其它信号的时域响应;§3.3二阶系统单位阶跃响应分析;R(s);2.闭环特征根的特点;二阶系统特征根的分布;3.单位阶跃响应特性;二阶系统过阻尼相应的特点:
(1)过阻尼响应表达式中,有2个单调衰减项,因此,过阻尼响应是一条单调上升、无超调的非周期响应曲线。而且因有2个衰减项,其上升速度较慢。
(2)如果ζ>>1,则,,即s2距虚轴较远,其对系统性能的影响很小,可以忽略。此时,二阶系统可以等效为由s1决定的一阶系统。即。
此时,其性能分析和指标计算都可以参考一阶系统的方法进行,即ts=(3~4)T1,σ=0。;临界阻尼响应(ζ=1);欠阻尼响应(0<ζ<1);零尼响应(ζ=0);过阻尼响应指标的计算公式与一阶系统相似。如下:;依据:各响应表达式和各指标的含义。;于是得到:欠阻尼响应指标的计算公式如下:;二阶系统性能指标及其关系;动态性能指标的计算方法:;;【作业】P77-97:3-2、3-3;§3-4高阶系统时域分析;2.高阶系统特征根的分布;结论:
(1)忽略非主导极点的影响,系统的特性主要就由一对主导极点来决定。此时,系统的传函可近似表示为:;§3.5控制系统的稳定性分析;由此得下图:;设系统特征方程为:;劳斯判据:;两种特殊情况的处理;劳斯判据的应用:;§3.6控制系统的稳态误差分析;2.两种误差传函——两种输入信号对误差信号的传函;扰动误差传函Φed(s):假定R(s)=0,D(s)Ed(s);系统开环传函的时间常数表达式为:;给定误差essr;阶跃误差:r(t)=R0·1(t)→R(s)=R0/s;r(t);给定误差的计算思路:;总结论:
(1)系统误差主要决定于系统开环增益、系统型别和输入信号的类型和幅值。
(2)同一输入信号作用下,系统型别越高,稳态误差越小;系统开环增益越大,稳态误差越小;稳态误差越小,系统控制精度越高,跟踪信号的能力越强,
(3)对于同一系统,跟踪“对应”的输入信号时,误差为有限值(),跟踪低一级的信号误差为零,跟踪高一级的信号,误差为无穷大。;扰动误差essd;作业:3-7、3-14、3-15