机械控制理论基础课件第4章时域分析课件.ppt

从式中可看出，ess与输入及开环传递函数的结构有关，即决定于输入信号的特性及系统的结构和参数。当R(s)一定时，就取决于开环传递函数。 第四章 控制系统的时域分析 系统的开环传递函数可写成下面的形式： 第四章 控制系统的时域分析 2、系统的类型 可以看出，与系统稳态误差有关的因素为： 第四章 控制系统的时域分析 R(s) 1）静态位置误差系数Kp 第四章 控制系统的时域分析 按输入信号的不同来定义各种静态误差系数，并求相应的稳态误差。 当输入为单位阶跃时的稳态误差，称为位置误差 3、静态误差系数与稳态误差 2）静态速度误差系数Kv 第四章 控制系统的时域分析 当输入为单位斜坡时的稳态误差，称为速度误差。 称为静态速度误差系数。 3）静态加速度误差系数Ka 第四章 控制系统的时域分析 当输入为单位加速度时的稳态误差，称为加速度误差。 称为静态加速度误差系数。 第四章 控制系统的时域分析 静态误差系数描述了系统减小稳态误差的能力。 结论 不同类型的输入信号作用于同一控制系统，其稳态误差不同；相同的输入信号作用于不同类型的控制系统，其稳态误差也不同。 系统的稳态误差与其开环增益有关，开环增益越大，稳态误差越小。 如果输入量非单位量时，其稳态偏差（误差）按比例增加。 系统在多个信号共同作用下总的稳态偏差（误差）等于多个信号单独作用下的稳态偏差（误差）之和。 稳态误差系数只对相应的阶跃、速度及加速度输入有意义。 第四章 控制系统的时域分析 第四章 线性系统的时域分析 4、扰动作用下的稳态误差 考虑图示系统，图中 为系统的参考输入， 为系统 的扰动作用。 扰动偏差传递函数为： 所以，扰动引起的稳态偏差： 由扰动引起的输出为： 即系统误差： 稳态误差： 第四章 控制系统的时域分析 小结 1）影响系统稳态误差的因素主要为系统类型、开环增益、输入信号、干扰信号及系统的结构； 2）系统型次愈高，开环增益愈大，可以减小或消除系统的稳态误差，但同时也会使系统的动态性能和稳定性降低； 3）静态误差系数是表述系统稳态特性的重要参数； 4）若系统与图4-31所示结构不同或当计算干扰产生的稳态误差时，应先计算出E(s)，然后利用终值定理求出稳态误差。 第四章 控制系统的时域分析 减小或消除稳态误差的措施 1）增大系统开环增益或扰动作用点之前系统的前向通道增益； 2）在系统的前向通道或主反馈通道设置串联积分环节； 3）采用串级控制抑制内回路扰动； 4）采用复合控制方法。 第四章 控制系统的时域分析 本章小结 时域分析是通过直接求解系统在典型输入信号作用下的时域响应来分析系统的性能的。通常是以系统阶跃响应的超调量、调节时间和稳态误差等性能指标来评价系统性能的优劣。 二阶系统在欠阻尼时的响应虽有振荡，但只要阻尼取值适当，则系统既有响应的快速性，又有过渡过程的平稳性，因而在控制系统中常把二阶系统设计为欠阻尼。 稳态误差是系统控制精度的度量，也是系统的一个重要性能指标。系统的稳态误差既与其结构和参数有关，也与控制信号的形式、大小和作用点有关。 系统的稳态精度与动态性能在对系统的类型和开环增益的要求上是相矛盾的。解决这一矛盾的方法，除了在系统中设置校正装置外，还可用前馈补偿的方法来提高系统的稳态精度。 第四章 控制系统的时域分析 * * * * * * * 机 械 控 制 理 论 精 品 课 件 老师：王丽君 机 械 控 制 理 论 第四章 控制系统的时域分析 时域分析法是一种直接在时间域中对系统进行分析的方法，具有直观、准确的优点，可以提供系统时间响应的全部信息。 对各种控制系统性能进行分析比较的基础——预先规定一些特殊的试验信号（单位阶跃、单位斜坡、单位脉冲），然后比较各种系统对这些输入信号的响应。 采用哪种典型输入信号，取决于系统在正常工作情况下最常见的输入信号形式。一旦控制系统在试验信号基础上设计出来，则系统对实际输入信号的响应特性通常也能满足要求。利用试验信号，即可实现在同一基础上比较所有系统的性能。 第四章 控制系统的时域分析 4-1 时间响应 4-2 一阶系统的时间响应 4-3 二阶系统的时间响应 4-5 瞬态响应的性能指标 4-6 系统误差分析 第四章 控制系统的时域分析 4-4 高阶系统的时间响应 系统在外加作用激励下，其输出量随时间变化的函数关系，称之为系统的时间响应。 系统受到外加作用激励后，从初始状态到最终状态的响应过程。 第四章 控制系统的时域分析 4-1 时间响应 时间响应的概念 稳态响应 瞬态响应 时间趋于无穷大时，系统的输出状态。 反映系统动态特性 反映系统精确程度 其中C(t)为电路输出电