控制系统的动态响应及其性能指标.ppt

教学内容：,自控系统在加上输入作用后，其输出在到达稳态之前的过程称为动（暂）态过程。动（暂）态过程系统的动态响应，一般用拉氏变换法求解而得 X0(s)=(s)Xi(s) X0(t)=L-1(s)Xi(s) 系统动态响应，不仅与系统的结构和参数有关，对不同输入形式的信号具有不同的响应结果。,第六节 控制系统的动态响应及其性能指标,输入单位阶跃信号时 Xi(s)= , X0(s)= (s) X0(t)=L-1(s) 输入单位斜坡信号时 Xi(s)= ,X0v(s) = (s) =X0(s) X0v(t)= 输入单位脉冲信号时 Xi(s)=1,X01(s)= (s)=X0(s)s X0(t)=,稳态系统的阶跃响应应具有衰减振荡和单调变化两种类型，如图3-27所示，其常用性能指标如下 1. 最大超调量（简称超调量）：,(a) 具有衰减振荡的单位阶跃响应,0.05x0(),0.05x0(),(b) 单调变化的单位阶跃响应,图3-27 稳定系统的单位阶跃响应,式中 Xmax 输出超过稳态值的最大值； X0（） 输出稳态值。 超调量的大小直接表示了系统的相对稳定性。此值一般应控制在5%-35%间。 2.峰值时间tp 指输出超过稳态值达到第一个峰值所需的时间 3.上升时间tr 对具有衰减振荡的响应，指输出由零值上升到第一次穿过稳态值所需的时间。 4.调节时间ts 指输出X0（t）与稳态值X0（）之间的偏差，达到规定的允许范围 ，且以后不再超过此范围所需的最小时间.,第七节 二阶系统的动态响应分析,一、典型二阶系统的单位阶跃响应,通常用典型单位反馈的二阶系统，其结构形式如图3-28所示，作为二阶系统的模型进行分析。其传递函数的标准形式如下 开环传递函数 G(s)=,式中 阻尼系数，或称相对阻尼比； n 无阻尼振荡角频率。 典型二阶系统的特征方程及特征根分别为 s2+2ns+2n=0 s1,2=-nn 当输入为单位阶跃信号时，输出的拉氏变换式为 X0(s)= 若为不同值时，所得响应有不同的形式。,1.=0，无阻尼情况 s1,2=jwn，有一队共轭虚根，如图3-29所示。,（a）极点分布,(b) 单位阶跃响应曲线,图3-29 无阻尼(=0)时典型二阶系统的单位阶跃响应,X0(s)= - X0(t)=L-1X0(s)=1-cosnt t0 时间响应为等幅振荡曲线,其振荡频率为n,系统不能稳定工作. 2. 01 欠阻尼情况 s1,2=-njn=-njd 有一对负实部的共轭复根，在S平面上根落在虚轴的左侧。如图3-30所示。,图3-30 1时二阶系统根的分布及阶跃响应,d =n X0(s)= x0(t)= =1- t0 式中 图3-30给出了不同值的通用响应曲线。,3.=1，临界阻尼的情况 s1,2 =-n为一队重负实根，在S平面的负实轴上，如图3-31所示。,图3-31 =1时二阶系统的单位阶跃响应,X0(s)= X0(t)=1-e-nt(1+nt) t0 其时间响应为单调上升、无振荡及超调的曲线。 4.1，过阻尼的情况 s1,2 =-nn =-p1、-p2,为一对不相等的负实根，在S平面的负实轴上，如图3-32所示。 X0(s)=,x0(t)=1- 其时间响应为含有两个衰减指数曲线上升、无振荡及超调的曲线。,图3-32 过阻尼时的单位阶跃响应,二、二阶系统性能指标与系统参数的关系 在01时，响应为衰减振荡曲线，其性能指标可以计算如下 (1)上升时间tr t=tr= (2)峰值时间tp T=tp= (3)最大超调量p P =,(4) 调节