单闭环直流调速系统的性能指标与时域

1、2项目3 单闭环直流调速系统的性能指标与时域分析学习目标能通过劳斯表简单的计算与排列，初步判断单闭环直流调速系统的稳定性。能理解闭环特征根对单闭环直流调速系统稳定性及动态特性的影响。能利用系统型别对单闭环直流调速系统的稳态特性进行初步分析与判断。能理解单闭环直流调速系统稳定性、稳态性和动态特性与系统闭环特征根之间的相互关系。3项目3 单闭环直流调速系统的性能指标与时域分析拓展能力能理解一般自动控制系统时域解的物理意义。能理解典型测试信号所表达的物理概念，以及它们对一般自动控制系统时域性能指标建立的意义。能理解一般自动控制系统时域性能指标与实际自动控制系统工作要求之间的关系。能根据自动控制系统的

2、系统框图，通过对其型别(开环传递函数)、特征方程(闭环传递函数)的初步分析，了解自动控制系统在三大性能指标方面所具有的功能特点。能理解二阶自动控制系统的阻尼比、无阻尼自然振荡频率的物理含意，并了解通过改变一般自动控制系统阻尼比来改善系统性能指标的物理意义。通过学习，能初步建立实践与理论相结合的工作思路。4项目3 单闭环直流调速系统的性能指标与时域分析工作任务将单闭环直流调速系统的调速指标与一般自动控制系统的时域性能指标进行对照，理解调速性能指标的实践意义。学习利用单闭环直流调速系统各部件技术参数，通过简单计算获取调速系统参数、开环增益，并理解开环增益对单闭环直流调速系统的影响。理解特征根与系统

3、参数之间的关系，从而了解特征根与单闭环直流调速系统相对稳定特性、动态响应特性之间的关系，并由此理解自动控制的本质内容。5相关知识引导自动控制系统自动控制系统“时域解时域解”的一个明显优点就是能够直的一个明显优点就是能够直观地调节系统的动态性能与稳态性能。实际应用中，观地调节系统的动态性能与稳态性能。实际应用中，人们住往需要首先定义并规定好如何来度量自动控制人们住往需要首先定义并规定好如何来度量自动控制系统的性能，然后根据所要求的性能，通过调节系统系统的性能，然后根据所要求的性能，通过调节系统参数来获得他们所期望的响应参数来获得他们所期望的响应(输出输出)，使之满足规定，使之满足规定的性能要求。

4、由于每一个的性能要求。由于每一个“有用有用”的自动控制系统的的自动控制系统的“时域解时域解”总是包括暂态分量与稳态分量。总是包括暂态分量与稳态分量。 下面就通过一个常用的电路实例来说明这个概念的定下面就通过一个常用的电路实例来说明这个概念的定义，以及相应的物理意义。义，以及相应的物理意义。【例3-1】 一阶RC电路如图3-1所示，试分析零初始条件下，开关S闭合后，电容两端所产生的电压变化。参见教材P616相 关 知 识(一一)自动控制系统时域分析中的典型测试信号自动控制系统时域分析中的典型测试信号1)阶跃信号(位置信号)2)斜坡信号(速度信号)3)抛物线信号(加速度信号)(二二)单位阶跃响应下

5、的时域性能指标单位阶跃响应下的时域性能指标1)最大超调量2)调整时间 3)上升时间和峰值时间4)振荡次数 5)稳态误差7相 关 知 识(三三)一阶自动控制系统时域动态响应一阶自动控制系统时域动态响应1)当输入信号为单位阶跃信号时(1) 上升时间 (2) 调整时间 (3) 稳态误差 2)当输入信号为单位斜坡信号时(四四)二阶自动控制系统时域动态响应二阶自动控制系统时域动态响应1二阶自动控制系统闭环极点分布与时域动态响应二阶自动控制系统闭环极点分布与时域动态响应2二阶自动控制系统欠阻尼单位阶跃响应的性能指标二阶自动控制系统欠阻尼单位阶跃响应的性能指标1)快速性能指标计算公式(1)上升时间上升时间

6、(2)峰值时间峰值时间 (3)调整时间调整时间 2)相对稳定性性能指标(1)最大百分比超调最大百分比超调 (2)振荡次数振荡次数 8相 关 知 识(五五)自动控制系统的时域稳定性分析自动控制系统的时域稳定性分析1稳定的概念及稳定的充要条件稳定的概念及稳定的充要条件2自动控制系统稳定性的时域分析方法自动控制系统稳定性的时域分析方法Routh-Hurwitz判据判据1) 劳斯-赫尔维茨判据2) 劳斯表的构成3) 劳斯-赫尔维茨判据的应用(六六)自动控制系统的时域稳态特性分析自动控制系统的时域稳态特性分析1系统稳态误差的概念系统稳态误差的概念1) 系统误差 2) 稳态误差 2单位反馈系统的跟随稳态误

7、差单位反馈系统的跟随稳态误差9任务 单闭环直流调速系统的性能分析与时域性能指标任务引导项目2已经建立了单闭环直流调速系统的系统框图。在这一基础上，开始对单闭环直流调速系统的性能进行时域分析，通过分析找出单闭环直流调速系统所存在的问题，并就这些问题进行分析。为了分析方便，将直流调速系统的系统框图重录于此，如图3-22所示。10任务相关知识1调速系统对转速的控制要求与系统性能指标之调速系统对转速的控制要求与系统性能指标之间的关系间的关系(1) 调速 (2) 稳速 (3) 加速减速控制 2调速指标与系统性能指标之间的关系调速指标与系统性能指标之间的关系1) 调速范围2) 静差率3) 时域分析的一般方

8、法11任务实施(一一)任务目标任务目标(二二)任务内容任务内容(三三)知识点知识点(四四)任务实施步骤任务实施步骤1给定单闭环直流调速系统各部件参数及开环增益的计算给定单闭环直流调速系统各部件参数及开环增益的计算(1) 三相桥式晶闸管触发整流装置参数。(2) 直流电动机参数。(3) 测速发电动机。(4) 给定参数。2单闭环直流调速系统的稳定性分析单闭环直流调速系统的稳定性分析3单闭环直流调速系统的动态特性及稳态特性分析单闭环直流调速系统的动态特性及稳态特性分析(设设)12任务实施(五五)任务完成结论任务完成结论(1)自动控制系统闭环特征方程的根(极点)决定了控制系统输出响应的动态及稳态响应结果

9、。 (2)控制系统中的实极点不会产生振荡。 (3)通过对本例的分析，还可以知道：自动控制系统的稳定性、动态特性与稳态特性是相互矛盾的。 (4)提高系统的开环增益可提高控制系统的快速响应能力和稳态精度，但却会降低系统的稳定性。13小 结(1) 自动控制系统的时域分析法是在一定的输入条件下，使用自动控制系统的时域分析法是在一定的输入条件下，使用拉普拉斯变换直接求解自动控制系统的拉普拉斯变换直接求解自动控制系统的“时域解时域解”，从而得到，从而得到控制系统直观而精确的时域输出响应曲线和性能指标的一种方控制系统直观而精确的时域输出响应曲线和性能指标的一种方法。法。(2) 系统稳定与否用系统的绝对稳定性

10、来衡量。本项目介绍了系统稳定与否用系统的绝对稳定性来衡量。本项目介绍了劳斯劳斯-赫尔维茨稳定性判据。反馈控制系统稳定的充要条件是：赫尔维茨稳定性判据。反馈控制系统稳定的充要条件是：控制系统闭环传递函数的极点均处于复数平面的左半平面。同控制系统闭环传递函数的极点均处于复数平面的左半平面。同时通过一些相应的实例分析还可以知道，反馈控制系统的相对时通过一些相应的实例分析还可以知道，反馈控制系统的相对稳定性也与系统闭环传递函数极点在复数平面上的位置有关。稳定性也与系统闭环传递函数极点在复数平面上的位置有关。(3) 自动控制系统的性能指标包括稳态指标和动态指标。自动自动控制系统的性能指标包括稳态指标和动态指标。自动控制系统输入量与扰动量的作用点不同，系统相应的闭环传递控制系统输入