第四章 时间响应分析法.ppt

第三章 线性系统的时域分析法;§3-1 引言 ;二、时域法典型控制过程 2、典型外作用(t≥ 0) （1）单位脉冲信号 δ (t) （2）单位阶跃信号 1(t) （3）单位斜坡（速度）信号 t （4）单位加速度信号 (?)t2 （5）正弦信号 A sin(wt+?) 前四者互为导数关系 ;二、时域法典型控制过程 3、典型时间响应 （1）单位脉冲响应 （2）单位阶跃响应 （3）单位斜坡（速度）响应 （4）单位加速度响应 互为导数关系 ;二、时域法典型控制过程 4、动态过程与稳态过程 （1）动态过程（过渡过程、瞬态过程）：系统 在典型输入信号作用下，系统输出量从初始状态到最终状态的响应过程；用动态性能指标描述。 （2）稳态过程：系统在典型输入信号作用下， 当时间t趋于无穷大时，系统输出量的表现方式；用稳态性能指标描述。;§3-2 时域性能指标 ;? 延迟时间t d （Delay Time） ： 响应曲线第一次达到稳态值的一半所需的时间。 ? 上升时间t r （Rising Time ）: 响应曲线从稳态值的10%上升到90%，所需的时间。上升时间 越短，响应速度越快 。对于震荡系统，也可定义为由零开始，首 次达到稳态值所需的时间。 ? 峰值时间t p （Peak Time）： 响应曲线达到第一个峰值所需要的时间。 ;?调节时间 t s（Settling Time） ： 响应曲线达到并永远保持在一个允许误差范围内，所需的最短时 间。用稳态值的百分数（通常取 5%或 2%）作， ?超调量 （Maximum Overshoot） ： 指响应的最大偏离量h ( tp )于终值之差的百分比，即 ⑥ 稳态误差e ss ： 期望值与实际值之差。; ;§3-3 一阶系统时域分析 ;二、一阶系统单位阶跃响应;三、一阶系统单位脉冲响应;四、一阶系统单位斜坡（速度）响应;五、一阶系统单位加速度响应;六、一阶系统响应小结;§3-4 二阶系统时域分析 ;图;，欠阻尼系统， 闭环极点为共扼复根，位于左半S平面。;二、二阶系统单位阶跃响应 1、负阻尼情况（ ）;二、二阶系统单位阶跃响应 2、过阻尼情况（ ）;二、二阶系统单位阶跃响应 3、临界阻尼情况（ ）; ??控制工程中，除了那些不容许产生振荡响应的系统外，通常都希望控制系统具有适度的阻尼、快速的响应速度和较短的调节时间。 ;? ;?; ;?;二、二阶系统单位阶跃响应 5、零阻尼情况（ ）;二阶系统在不同;例2 磁悬浮列车;三、二阶系统单位斜坡响应;四、二阶系统的性能改善;2、速度反馈控制;两种方法的比较: （1）附加阻尼来源不同； （2）使用环境不同； （3）对开环增益和自然频率的影响不同； （4）对动态特性的影响； （5）实现方法与成本。;例：;具有速度反馈的二阶系统斜坡跟踪误差曲线;§3-5 线性控制系统的稳定性 ;二、线性系统稳定的充要条件;例：如图所示的IS机器人公司的一体化6腿微型机器人：机械腿由12种150个传感器组成，能起到与环境交互的作用，能判断出环境的表面形状、结构、硬度以及颜色。由陀螺稳定的照相系统和激光测距系统能使其迅速移动、跨越障碍以及其他复杂的动作。试判断该机器人的稳定性。 系统特征方程为：Q(s)=s 5+s 4+4 s 3+24 s 2+3s+63;四、劳斯稳定判据(Routh’s stability criterion) ;将各项系数，按下面的格式排成劳斯表;这样可求得n+1行系数 ; 已知一调速系统的特征方程式为;已知某调速系统的特征方程式为 ;2 劳斯判据特殊情况 ;已知系统的特征方程式为;劳斯表中出现全零行 ;列劳斯表;3 劳斯判据的应用;用劳斯判据检验下列特征方程;令;五 线性系统的稳态误差;1 稳态误差的定义 ;二阶系统在斜坡输入作用下的响应的误差曲线 ;二阶系统在阶跃输入作用下的响应的误差曲线 ;公式条件：;2 系统类型;令;阶跃信号输入 ;斜坡信号输入 ;加速度信号输入 ;静态位置误差系数 ; ;某单位反馈控制系统开环传函为： ，试确定使系统在单位斜坡信号输入时稳态误差小于0.1的K的范围。;3 扰动作用下的稳态误差;输出对扰动的传递函数 ;扰动稳态误差只与作用点前的;4 减小