反馈控制系统的性能.pptVIP

二、一些优化参数结果 College of Automatic Control Engineering , CUIT 当前第31页\共有42页\编于星期二\19点 College of Automatic Control Engineering , CUIT 当前第32页\共有42页\编于星期二\19点 第四章 反馈控制系统的性能 第四章 反馈控制系统的性能The Performance of Feedback Control Systems 本章主要内容： 测试信号及系统的响应 系统的时域性能指标 高阶系统的时域分析 系统的稳态误差计算 系统综合性能指标与参数优化 本章教学目标： 认知常用测试信号及二阶系统在测试信号激励下的响应特征 熟悉二级系统极点位置与系统动态响应特征的关系 掌握时域性能指标与二阶系统参数间的计算关系，高阶系统的近似计算方法。 掌握系统的稳态误差计算 理解系统综合性能指标与参数优化关系 College of Automatic Control Engineering , CUIT 当前第1页\共有42页\编于星期二\19点 4.1 控制系统的性能与测试信号 反馈控制系统的优点是可以调节系统的动态和静态性能，在系统分析和设计中如何度量这些性能？性能与系统参数间存在何种数量关系？如何测试这些性能？本章将讨论、解决这些问题。 一、控制系统性能及性能指标 控制系统本身是时域系统，其性能表现为动态性能和静态性能。工程上常规定若干时域性能指标（Specifications）度量其性能。 动态性能反映系统在输入信号激励下运行的快慢、平稳程度。静态性能反映系统达到平衡态时的精确程度。 系统分析就是求取特定系统在特定输入信号激励下系统的动、静态性能指标。 系统设计就是设计系统结构、选择系统参数使系统满足一组在特定输入信号激励下的性能指标要求。 无论系统分析还是系统设计，求取系统性能指标十分重要。也是对工程师的基本要求。 College of Automatic Control Engineering , CUIT 当前第2页\共有42页\编于星期二\19点 二、测试输入信号 控制系统在运行时实际输入信号是未知的，系统在不同信号激励下的瞬态响应与静态响应各不相同。因此需要选择标准测试信号来分析、测试系统性能。 工程上常用的标准测试信号：阶跃信号、斜坡信号、抛物线信号及脉冲信号。 College of Automatic Control Engineering , CUIT 当前第3页\共有42页\编于星期二\19点 4.2 二阶系统性能及系统时域性能指标 系统的输入输出关系 二阶系统：以二阶微分方程作为运动方程或闭环传递分母最高阶次为2的控制系统。 二阶系统在控制工程中的应用极为普遍。 高阶系统在一定条件下可用二阶系统来近似。 标准形式 ωn 称为自然振荡频率，ζ称为阻尼比。 College of Automatic Control Engineering , CUIT 当前第4页\共有42页\编于星期二\19点 一、系统性能分析方法 解析法 求取系统闭环传递函数T(s) 求取系统输入输出关系 Y(s)=T(s).R(s) 求取系统特定输入下输出 并作部分分式分解 做拉氏反变换求取系统 时域输出 y(t) 根据时域输出求性能指标 图解法 根据系统结构编程求取 系统仿真模型 sys 求取系统特定输入下 时域响应 y(t) 利用绘图函数绘制响应曲线 在响应曲线上求取相关数据 根据定义求性能指标 College of Automatic Control Engineering , CUIT 当前第5页\共有42页\编于星期二\19点 特征 方程： 解 方 程 阻尼比ζ不同，特征根的性质就不同，部分分式形式不同，系统的响应特性也就不同。 0ζ 1，欠阻尼 ζ =１，临界阻尼 ζ ＞１，过阻尼 ζ =0 ，无阻尼 二、二阶系统动态响应特征 单位阶跃输入下系统输出 做部分分式展开，其形式取决于 极点的值，也是二阶系统特征根 College of Automatic Control Engineering , CUIT 当前第6页\共有42页\编于星期二\19点 以欠阻尼 0ζ1为例，经拉氏反变换有 绘制不同阻尼ζ下阶跃响应曲线 由图可见： 随阻尼ζ减小，其动态响应振荡得更厉害。 同样可求出欠阻尼 0ζ1下，二阶系统单位脉冲响应 绘制不同阻尼ζ下响应曲线 College of Automatic Control Engineering , CUIT 当前第7页\共有42页\编于星期二