机械工程控制基础系统的时间响应与快速性分析.pptx

此课件除了PPT内容，课件下方附带的备注里讲解内容更细致：备注里有很多案例可以帮助理解；备注里有很多重点、难点内容的详细讲解；备注里有很多易错、易误导内容的讲解。; ;第三章 系统的时间响应与快速性分析;3.1 系统的时域性能指标;二、时域性能指标;三、动态性能指标;调节时间ts：响应曲线最后进入偏离静态值的误差为?5％(或? 2％)的范围并且不再越出这个范围的时间； 超调量?%：响应曲线第一次越过静态值到达峰值点时，越过局部的幅度与静态值幅度之比； 振荡次数N：在过渡过程时间0≤t≤ts内，xo(t)穿越其稳态值xo(∞)的次数的一半定义为振荡次数。 书上此处给出了前五点，第六点也记住。;上升时间tr;tr;系统动态特性可归结为： 1、系统快速性能指标：延迟时间、上升时间、峰值时间、调节时间； 2、系统平稳性能指标：超调量、振荡次数。 由于这些性能指标常常彼此矛盾，因此必须加以折衷处理。以二阶系统为例，在单位阶跃响应和时间的关系图。;3.2 时间响应和典型输入信号;对同一系统，无论采用哪种输入 信号，系统本身的性能〔如传递 函数G(s)〕不会改变。; 对典型输入信号的要求： 1、能够使系统工作在最不利的情形下；2、形式简单，便于解析分析；3、实际中可以实现或近似实现。;;;它的数学表达式为 ;4、单位脉冲函数;5、正弦函数;常用的典型输入信号;一、数学模型 可用一阶微分方程描述的系统就是一阶系统〔如积分环节或惯性环节的单位负反响闭环系统〕，惯性环节是其典型。;二、在不同输入函数下的时间响应函数;一阶系统单位阶跃响应的特点：; 时间常数T 反映了系统响应的快慢，它由一阶系统的固有特性决定，与输入输出无关。通常工程中当响应曲线到达并保持在稳态值的95%～98%时，可认为系统响应过程根本结束，从而惯性环节的过渡过程时间为3T～4T。T值越小，系统的惯性就越小，系统的响应就越快，越容易改变系统的状态。; 2、一阶系统的单位脉冲响应;3、一阶系统的单位斜坡响应;注意到，对一阶系统：;例：某温度计插入温度恒定的热水后，其显示温度随时间变化的规律为 ??实验测得当t=60s时温度计读数到达实际水温的95%, 试确定该温度计的传递函数。;现采用如题所示的负反响方式，欲将反响系统的调节时间减小为原来的倍，并且保证原放大倍数不变，试确定参数K0，K1的值。;根据题意， 列方程组：;6、不同时间常数下的响应情况;3.4 二阶系统的时间响应; 欠阻尼二阶系统：0?1; 过阻尼二阶系统： ? 1;二、二阶系统的单位阶跃响应;欠阻尼二阶系统单位阶跃响应的特点：;; 无阻尼〔?=0〕状态 ; 过阻尼〔?1〕状态 ; 负阻尼〔?0〕状态 ;几点结论： ; ?一定时，?n越大，瞬态响应分量衰减越迅速，即系统能够更快到达稳态值，响应的快速性越好。 ;例：二阶系统的闭环传递函数 求系统的单位阶跃响应。;三、二阶系统的单位脉冲响应 ; 临界阻尼? = 1：;四、二阶系统的单位斜坡响应; 临界阻尼;五、二阶系统的性能指标 ; 评价系统快速性的性能指标 ; 最大超调量Mp; 欠阻尼二阶系统的时域性能指标 ; 峰值时间tp; 最大超调量 Mp;; 当包络线进入允许误差范围之内时，阶跃响应曲线必然也处于允许误差范围内。因此利用： ; 振荡次数N; 二阶系统的动态性能由?n和?决定。;例：图a)所示机械系统，当在质量块M上施加f(tN的阶跃力后，M的位移时间响应如图b)。试求系统的质量M、弹性系数K和粘性阻尼系数C的值。 ;解：根据牛顿第二定律： ;由图b)知 xo(?m，因此：;作业布置： 课后题3-5、3-6、3-9，下次课交。;详细内容：1、掌握系统的时域性能指标〔动态性能、稳态性能〕；2、理解控制系统时间响应的概念，和分析中常用的典型输入信号及特点；3、掌握一阶系统的定义和根本参数，能够求解一阶系统的单位脉冲响应、单位阶跃响应及单位斜坡响应；4、掌握一阶系统时间响应曲线的根本形状及意义；5、掌握二阶系统的定义和根本参数；6、熟悉二阶系统单位脉冲响应曲线、单位阶跃响应曲线的根本形状、振荡情况与系统阻尼比之间的对应关系；7、掌握二阶系统性能指标的定义，及其与系统特征参数之间的关系。 重点：一阶系统在典型鼓励下的时间响应曲线的根本形状、意义及性能指标；二阶欠阻尼系统单位阶跃响应形式、响应曲线的根本形状、意义及性能指标。 难点：二阶欠阻尼系统单位阶跃响应曲线的振荡情况与系统阻尼比之间的对应关系；二阶系统性能指标的定义及其与系统特征参数之间的关系。;Thanks !谢 谢！;9、 人的价值，在招收诱惑的一瞬间被决定。7月-217月