3-1系统时间响应的性能指标教学.ppt

第三章 时域分析法 第一节 系统时间响应的性能指标 选取原则 （1）在现场及实验中容易产生 （2）系统在工程中经常遇到，并且是最不利的外作用。 （3）数学表达式简单，便于理论分析。 当输入信号突然发生跳变时，这时输出量还处在原有的平衡状态，这样就出现了偏差，这个偏差控制输出量达到新的平衡，这就是一个调节过程。 理想的调节过程是：出现偏差后，执行机构突然动作，使输出量立即达到新的平衡状态，调节过程瞬时完成，即：c(t)≡r(t)，实际上这是不可能的，因为什么呢？对，惯性。所以当输出量发生跳变时，任何实际系统从原平衡状态到达新的平衡状态都要经历一个过渡过程，过渡过程的曲线形状随系统的不同而有所差异，有的是单调增长到稳定值（曲线1），有的是衰减到稳定值（曲线2）。 整个调节过程分为两个阶段: a.动态过程 反映系统的动态特性。输出量处于激烈变化之中，其信息用动态性能描述。 b.稳态过程 反映系统的稳态特性。输出量稳定在新的平衡状态，并保持不变。提供有关稳态误差的信息，由稳态性能描述。 描述稳定的系统在单位阶跃函数作用下，动态过程随时间的变化状况的指标。 上升时间tr－rise time 峰值时间tp－peak time 调节时间ts－settling time 小结 理解系统的时间响应由动态过程和稳态过程组成； 掌握动态性能指标的定义。 * * 第三章 时域分析法 什么是时域分析? 指控制系统在典型输入信号作用下，根据输出量的时域表达式（解析、几何），分析系统的稳定性、动态性能和稳态性能。 3 已知系统微分方程形式的数学模型 求c(t)与ai、bj、r(t)的关系(解析、几何)。 优点：时域分析是直接在时间域中对系统进行分析的方法，从时域响应曲线上能直接得到系统时间响应的全部信息，具有直观和准确的优点。 3 缺点：难以判断系统结构和参数对动态性能的影响，很难用于系统的设计。对于高阶系统，系统分析的工作量将急剧增加，不易确定其性能指标。必须借助计算机实现。 第一节 系统时间响应的性能指标 项 目 内 容 教 学 目 的 了解系统的5个典型输入信号，了解系统时间响应的两个过程，掌握系统时域响应的动态性能指标。 教 学 重 点 系统时域响应的动态性能指标。 教 学 难 点及 其 处 理 不同响应曲线下动态性能指标的理解。结合图示法讲解。 一 典型输入信号 为了能对不同的控制系统的性能用统一的标准来恒量，通常需要选择几种典型的外作用。 ⒈ 脉冲函数(冲击量输入) 典型输入信号 单位脉冲函数： 理想单位脉冲函数 实际单位脉冲函数 ⒉ 阶跃函数 A：阶跃幅度，A=1称为单位阶跃函数，记为1(t)。电源电压的波动、负载的突然增大或减小，飞机飞行中遇到的常值阵风扰动等都可视为阶跃信号（函数） 典型输入信号 ⒊ 斜坡函数（速度函数） B=1时称为单位斜坡函数。雷达—高射炮防空系统，当雷达跟踪的目标以恒速率飞行，便可视为该系统工作为斜坡信号 0 0 典型输入信号 ⒋ 抛物线函数（加速度函数） C=1时称为单位抛物线函数。宇宙飞船控制系统 ⒌ 正弦函数 0 0 舰船在海里的波动等可视为正弦信号 典型输入信号 分析系统特性究竟采用何种典型输入信号，取决于实际系统最常见的工作状态。同时往往选取最不利的信号作为系统的典型输入信号。 t 0 1 r(t) t 0 1 c(t) 1 2 理想的 调节过程 实际 二、系统响应过程 三、动态响应指标 上升时间 峰值时间 调节时间 误差带 超调量σ% = % B A 定义一 注意tr的另一种定义。 上升时间 调节时间 定义二 二、系统的性能指标 系统的瞬态性能通常以系统在初始条件为零的情况下， 对单位阶跃输入信号的响应特性来衡量。 这时瞬态响应的性能指标有： 1.最大超调量sp——响应曲线偏离稳态值的最大值， 常以百分比表示，即 最大百分比超调量sp＝ 最大超调量说明系统的相对稳定性。 2.延滞时间td——响应曲线到达稳态值50%所需的时间， 称为延滞时间。 3. 上升时间tr——它有几种定义：  (1) 响应曲线从稳态值的10%到90%所需时间；  (2) 响应曲线从稳态值的5%到95%所需时间；  (3) 响应曲线从零开始至第一次到达稳态值所需的时间。 一般对有振荡的系统常用“(3)”，对无振荡的系统常用“(1)”。 4. 峰值时间tp——响应曲线到达第一个峰值所需的时间，定义为峰值时间。 td tr tp表征系统响应初始阶段的快慢，反映过渡过程初始阶段