自动控制原理 教学课件 ppt 作者 任彦硕 主编 第3章 时域分析法.ppt

自动控制原理 第三章 线性系统的时域分析法 第一节 典型输入函数和时域性能指标一、典型输入函数 二、时域性能指标 第二节 一阶系统的暂态分析 第三节 二阶系统的暂态分析一、二阶系统的数学模型 二、二阶系统的阶跃响应与时域性能指标 2、欠阻尼情形（ ） 3、临界阻尼情形（ ） 4、过阻尼情形（ ） 例3—1 例3—2 例3—3 三、含有闭环零点的二阶系统暂态分析 四、含有闭环极点的二阶系统暂态分析 第四节 高阶系统的暂态分析 第五节 代数稳定判据 一、劳斯（Routh）稳定判据 例3－4 例3－5 例3－6 例3－7 二、劳斯稳定判据的一些应用 1、确定稳定条件下某一参数的取值范围 例3－8  2、确定系统的相对稳定性 例3－9 二、胡尔维茨稳定判据 例3－10 第六节 稳态误差分析一、稳态误差的定义 二、控制系统的类别 1、阶跃函数输入时的稳态误差及稳态位置误差系数 2、斜坡函数输入时的稳态误差及稳态速度误差系数 3、抛物线函数输入时的稳态误差及稳态加速度误差系数 例3－11 例3－12 例3－13 四、扰动量作用下的稳态误差1、输入端定义的扰动输入稳态误差 2、输出端定义的扰动输入稳态误差 例3－14 例3－15 五、采取复合控制策略减小稳态误差1、按给定输入补偿的复合控制 例3－16 2、按扰动输入补偿的复合控制 第七节 应用进行时域分析例3－17 例3－18 1、从输入端定义的稳态误差 。 误差象函数为， 2、从输出端定义的稳态误差 。 三、给定量输入作用下的稳态误差 对0型系统，有 对I型系统，有 Ⅰ型系统的速度误差系数为 Ⅱ型系统的开环传递函数为 Ⅱ型系统 图示系统，输入量为给定10V直流电压，输出量为电动机的转速，试问：①、 时，输出量的期望值及由输入端和输出端定义的稳态误差各是多少？ ②、将α调大50％，上述各量又是多少？ 解 ①、 ②、 为了消除上例控制系统的稳态误差，在前向通道靠近输入端接入一个积分环节 试分析系统稳定时各物理量的状态。 解 某控制系统的开环传递函数为 试计算 时系统的稳态误差。 解 该系统系Ⅱ型系统。将 看成是三个典型函数的合成。 输入时的稳态误差为0 ； 输入的稳态误差为给定输入的稳态误差，计算为 试计算图示系统恒值负载扰动下的稳态误差。通过改变控制器的参数和结构形式能否抑制或消除它？ 解 试计算： ①、 时系统的稳态误差； ②、 时系统的稳态误差。 解 ① 图示系统的闭环传递函数为 如果选取 即 则 单位负反馈系统的输出信号完全再现输入信号。称为按给定 作用的完全不变性（全补偿）条件。 前馈补偿装置是一阶微分环节。试选择合适的微分系数τ使原系统提高一阶无差度，并讨论τ取值不同时系统的误差状况。 解 时， 时，补偿的结果减小了稳态误差； 时， 为负，输出量大于期望的理论值； 时， 的绝对值大于原有误差。可见，选好参数是重要的。 按扰动输入补偿的前馈通道为 前馈控制信号是以负极性接入系统的，扰动量单独作用时的输出量为 按扰动作用的完全补偿条件为 * 1、阶跃函数 零初始条件下的氏变换象函数为 2、斜坡函数 零初始条件下的拉氏变换为 阶跃函数 斜坡函数 3、抛物线函数 零初始条件下的拉氏变换为 抛物线函数 4、冲激函数 冲激函数的拉氏变换象函数为U。单位冲激函数的象函数为1。 5、正弦函数 拉氏变换象函数为 1、延迟时间 2、上升时间 3、峰值时间 4、调节时间 5、最大超调量（超调量）σ％ 6、稳态误差 1、无阻尼的情形（ ） （1）上升时间 （2）峰值时间 （3）超调量σ％ 已知二阶系统的动态结构图如图所示。当输入量为单位阶跃函数时，试计算系统响应的上升时间、峰值时间、超调量和调节时间。 解 系统的闭环传递函数为 解得 图示系统单位阶跃函数输入时，①、若要求 试确定系统参数K和τ，并计算上升时间和调节时间；②、由①条件所确定的K值不变，τ取0时，系统的超调量又是多少？自然振荡角频率是否改变？ 解 ②、K值不变τ为0时， 可见，K值不变τ为0时， 不变，但ζ小了，超调量增大了7.6％。 引入微分负反馈可以增大