《自动控制原》ppt课件

1、 自动控制原理自动控制原理西北工业大学自动化学院西北工业大学自动化学院 自自 动动 控控 制制 原原 理理 教教 学学 组组自动控制原理自动控制原理3 3 线性系统的时域分析与校正线性系统的时域分析与校正3.1 3.1 概述概述3.2 3.2 一阶系统的时间呼应及动态性能一阶系统的时间呼应及动态性能3.3 3.3 二阶系统的时间呼应及动态性能二阶系统的时间呼应及动态性能3.4 3.4 高阶系统的阶跃呼应及动态性能高阶系统的阶跃呼应及动态性能3.5 3.5 线性系统的稳定性分析线性系统的稳定性分析 3.6 3.6 线性系统的稳态误差线性系统的稳态误差 3.7 3.7 线性系统时域校正线性系统时域

2、校正 自动控制原理自动控制原理3 3 线性系统的时域分析与校正线性系统的时域分析与校正3.1 3.1 概述概述3.2 3.2 一阶系统的时间呼应及动态性能一阶系统的时间呼应及动态性能3.3.3 3.3.3 过阻尼二阶系统动态性能过阻尼二阶系统动态性能 自动控制原理课程的义务与体系构造自动控制原理课程的义务与体系构造3 线性系统的时域分析与校正线性系统的时域分析与校正 3.1 时域分析法概述时域分析法概述 3.1.1 时域法的作用和特点时域法的作用和特点 时域法是最根本的分析方法时域法是最根本的分析方法,学习复域法、频域法学习复域法、频域法的根底的根底 (1) 直接在时间域中对系统进展分析校正，

3、直观，直接在时间域中对系统进展分析校正，直观，准确；准确； (2) 可以提供系统时间呼应的全部信息；可以提供系统时间呼应的全部信息； (3) 基于求解系统输出的解析解，比较烦琐。基于求解系统输出的解析解，比较烦琐。3 线性系统的时域分析与校正线性系统的时域分析与校正3.1.2 时域法常用的典型输入信号时域法常用的典型输入信号 稳：稳：( 根本要求根本要求 ) 系统受脉冲扰动后能回到原来的平衡位系统受脉冲扰动后能回到原来的平衡位置置 准准: ( 稳态要求稳态要求 稳态输出与希望输出间的误差稳态输出与希望输出间的误差(稳态误稳态误差差)要小要小 快快: ( 动态要求动态要求 ) 过渡过程要平稳，迅

4、速过渡过程要平稳，迅速 延迟时间延迟时间 t d 阶跃呼应第一次到达终值的阶跃呼应第一次到达终值的50所需的所需的时间时间 上升时间上升时间 t r 1、阶跃呼应从终值的、阶跃呼应从终值的10上升到终值上升到终值的的90所需的时间所需的时间 有振荡时；有振荡时；2、呼应从、呼应从 0 到第一次到到第一次到达终值所需的时间达终值所需的时间 峰值时间峰值时间 t p 阶跃呼应越过终值到达第一个峰值所需阶跃呼应越过终值到达第一个峰值所需的时间的时间 调理时间调理时间 t s 阶跃呼应到达并坚持在终值阶跃呼应到达并坚持在终值 5误差带误差带内所需的最短时间内所需的最短时间 超超 调调 量量 峰值超出终

5、值的百分比峰值超出终值的百分比3.1.3 线性系统时域性能目的线性系统时域性能目的 超调量超调量% =AB100%时间时间td 延迟延迟h(t)t时间时间tr上升上升峰值时间峰值时间tpBAh(t)t动态性能目的定义动态性能目的定义调理时间调理时间ts3.2 3.2 一阶系统的时间呼应及动态性能一阶系统的时间呼应及动态性能 3.2.1 3.2.1 一阶系统一阶系统 (s) (s) 规范方式及规范方式及 h(t) h(t)sKsG )(11111)(1 TsTsTKsKsKsKsKTT11 TsssTssRssC111111)()()( TtesCLth 1)()(13.2 3.2 一阶系统的时

6、间呼应及动态性能一阶系统的时间呼应及动态性能 3.2.2 一阶系统动态性能目的计算一阶系统动态性能目的计算 一阶系统动态性能与系统极点分布的关系一阶系统动态性能与系统极点分布的关系tTeth11)( tTeTth11)( Thhh1)0(1)(0)0(95. 01)( Ttsseth05. 095. 01 TtseTTts305. 0ln 3.2 3.2 一阶系统的时间呼应及动态性能一阶系统的时间呼应及动态性能例例1 1 系统如下图，现采用负反响方式，欲将系统调理时间减小到系统如下图，现采用负反响方式，欲将系统调理时间减小到原来原来 的的0.10.1倍，且保证原放大倍数不变，试确定参数倍，且保

7、证原放大倍数不变，试确定参数 Ko Ko 和和 KH KH 的值。的值。 HOHOHOKsKsKsKsGKSGKs1012 . 01012 . 010112 . 010)(1)()( 10*1011002. 0*1012 . 0KKKTKHOH 109 . 0OHKK11012 . 010110 sKKKHHO 3.2.3 3.2.3 一阶系统的典型呼应一阶系统的典型呼应 r(t) R(s) C(s)= F(s) R(s) c(t) 一阶系统典型呼应一阶系统典型呼应 d(t) 1 1(t) t 3.2.3 3.2.3 一阶系统的典型呼应一阶系统的典型呼应3.3. 二阶系统的时间呼应及动态性能二

8、阶系统的时间呼应及动态性能3.3.1 .1 传送函数规范方式及分类传送函数规范方式及分类2 - 1S1,2=-nnS1,2=-n-n=S1,2 =j n01101j0j0j0j0二阶系统单位阶跃呼应二阶系统单位阶跃呼应s2+2ns+n2(s)=n2-j1-2 nS1,2=nh(t)= 1T2tT1T21e+T1tT2T11e+h(t)= 1-(1+nt) e- tnh(t)= 1-cosntj0j0j0j0T11T2111010sin(dt+)e- t h(t)=1-211n过阻尼过阻尼临界阻尼临界阻尼欠阻尼欠阻尼零阻尼零阻尼3.3 3.3 二阶系统的时间呼应及动态性能二阶系统的时间呼应及动态

9、性能 3.3.2 x 3.3.2 x 1 1 临界阻尼，过阻尼时系统临界阻尼，过阻尼时系统 动态性能目的的计算动态性能目的的计算 1 13.3.2 x 3.3.2 x 1 1 临界阻尼，过阻尼时系统临界阻尼，过阻尼时系统 动态性能目的的计算动态性能目的的计算 2 23.3 3.3 二阶系统的时间呼应及动态性能二阶系统的时间呼应及动态性能 例例3-2 某系统闭环传送函数某系统闭环传送函数 ， 求动态性能。求动态性能。解：解：161016)(2sss)1)(1()8)(2(16161016)(2122TsTssssssn5 . 0211T125. 0812T4125. 05 . 021TT125.

10、 12)(12121TTTT查图3-7可得 3.31Tts65. 15 . 03 . 33 . 31Tts课程小结课程小结 3.1 3.1 概述概述 3.1.1 3.1.1 时域法的作用和特点时域法的作用和特点 3.1.2 3.1.2 时域法常用的典型输入信号时域法常用的典型输入信号 3.1.3 3.1.3 系统的时域性能目的系统的时域性能目的 3.2 3.2 一阶系统的时间呼应及动态性能一阶系统的时间呼应及动态性能 3.2.1 3.2.1 一阶系统传送函数规范方式及单位阶跃呼应一阶系统传送函数规范方式及单位阶跃呼应 3.2.2 3.2.2 一阶系统动态性能目的计算一阶系统动态性能目的计算 3.2.3 3.2.3 典型输入下一阶系统的呼应典型输入下一阶系统的呼应 3.3 3.3 二阶系统的时间