4瞬态响应分析ppt课件

控制工程基础B,河南科技大学课程系列,主讲：高春艳电话：6422036215896550877邮箱：gcygaofenglin,第四章系统的时间响应,第四章作业P131思考：1-7作业习题：4.1.2、4.2.14.3、4.4、4.5、4.7、4.10、4.12、4.14,第四章控制系统的瞬态响应分析,？,系统,输入,输出,（激励、干扰）,（反应、响应）,系统,r(t),c(t),G(s),R(s),C(s),本章主要研究线性定常系统的时域分析法。时域分析法是一种直接分析法，它是根据所描述系统的微分方程或传递函数，研究在一定的输入作用下，输出量x（t）随时间的变化规律，并由此来确定系统的性能。时域分析法是控制系统常用的一种分析方法。,时域分析法是一种直接在时间域中对系统进行分析的方法，具有直观、准确的优点，可以提供系统时间响应的全部信息。,一、时间响应的概念,时间响应：系统在外加作用激励下，其输出量随时间变化的函数关系。,实际系统的时间响应由瞬态响应和稳态响应两部分组成，如：,1.瞬态响应：系统在输入信号作用后，从初始状态到最终稳定状态的响应过程，也称为动态响应或过渡过程。它随时间变化？,2.稳态响应：系统在输入信号作用后，时间趋于无穷时，系统的输出状态，又称为稳态。,瞬态响应反映系统的快速性和稳定性，稳态响应反映系统的准确性。,系统的阶跃响应:1.强烈振荡过程2.振荡过程3.单调过程4.微振荡过程,时间响应,稳态响应,瞬态响应：,4.1一阶系统的时间响应,一、一阶系统的定义,凡是能用一阶微分方程描述的控制系统，称为一阶系统。控制工程实践中的RC网络、忽略质量的弹簧阻尼系统均属于一阶系统。,4.1一阶系统的时间响应,一阶系统的形式,闭环极点(特征根)：-1/T,？,一阶系统的单位阶跃响应,(t0),？,时间增长无稳态误差,？,t=3Tc(t)=95%允许误差5%调整时间ts=3Tt=4Tc(t)=98.2%允许误差2%调整时间ts=4T,T时间常数,单调上升逐渐逼近1,性质：1）T暂态分量衰减慢瞬态响应（调整）时间极点距离虚轴2）T暂态分量衰减快瞬态响应（调整）时间极点距离虚轴,(t0),衰减系数：1/T,T时间常数,t=Tc(t)=63.2%实验2法求T,3）斜率:,实验1法求T,？破解系统实验法求T预测输出判别输入,4）ln1-c(t)与时间t成线性关系,判别系统是否为惯性环节测量惯性环节的时间常数,(t0),只包含瞬态分量,一阶系统的单位脉冲响应,(t0),一阶系统的单位斜坡响应,3）稳态误差=T。,性质：1）经过足够长的时间(4T)，输出增长速率近似与输入相同；2）输出相对于输入滞后时间T；,闭环极点（特征根）：-1/T,衰减系数：1/T,T时间常数,某系统在单位斜坡信号输入时，输出为试求出该系统的传递函数（写出步骤），并给出其在单位阶跃信号输入时的时间响应。,思考：,欠阻尼、临界阻尼、过阻尼、无阻尼、负阻尼,4.2二阶系统的瞬态响应,阶跃响应,脉冲响应,系统的特征方程,闭环特征方程根（闭环极点）,欠阻尼：01无阻尼：=0,欠阻尼：01,(t0),精确解：,单调上升，无振荡，过渡过程时间长，无稳态误差。,系统的特征方程,闭环特征方程根（闭环极点）,欠阻尼：01无阻尼：=0,评价系统快速性的性能指标,评价系统平稳性的性能指标,二阶欠阻尼系统的阶跃响应的瞬态指标,4.3瞬态响应指标及其与系统参数的关系,上升时间tr,(t0),一定时，n越大，tr越小；n一定时，越大，tr越大。,峰值时间tp,峰值时间等于阻尼振荡周期的一半,一定时，n越大，tp越小；n一定时，越大，tp越大。,最大超调量Mp：,仅与阻尼比有关。,越大，Mp越小，系统的平稳性越好=0.40.8Mp=25.4%1.5%。,调整时间ts,包络线,当00.7时,当一定时，n越大，ts越小，系统响应越快。,上升时间,峰值时间,调整时间,二阶欠阻尼系统的阶跃响应的瞬态指标,最大超调量,振荡次数,例1、例2、例3、例4,系统的瞬态响应指标,试分析：1）下面系统能否正常工作？2）若要求=0.707，系统应作如何改进？,=0无阻尼,等幅不衰减振荡工作不正常,设定为单位阶跃即,4.5控制系统的误差分析,4.5.1误差的基本概念,4.5.2稳态误差系数,4.5.3提高稳态精度的措施,偏差与误差,例1,课堂练习1,例2,定义,课堂练习2,误差:E(s),稳态误差：瞬态过程结束后的误差e(t)，即稳态分量,控制信号作用下,扰动作用下,4.5.1误差的基本概念,上章的误差传递函数,假设扰动量N(s)=0,控制量R(S)作用,稳态误差：瞬态过程结束后误差e(t)的稳态分量,假设R(s)=0,扰动量N(S)作用,稳态误差：瞬态过程结束后误差e(t)的稳态分量,EN?,EN,定义,系统结构对稳态误差的影响,系统在控制信号作用下,5.2稳态误差系数,V=00型系统V=1I型系统V=2II型系统,系统结构对稳态误差的影响,稳态误差系数,单位阶跃输入,单位斜坡输入,单位抛物线输入,稳态位置误差系数,稳态速度误差系数,稳态加速度误差系数,0型系统的稳态误差,有差系统,V=0,I型系统的稳态误差,一阶有差系统,V=1,II型系统的稳态误差,二阶有差系统,V=2,例1：I型单位反馈系统的开环增益K=600,系统最大跟踪速度max=24/