《第三章瞬态分析精选PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第三章瞬态分析精选PPT.ppt（55页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第三章瞬态分析第1页，本讲稿共55页一个系统的时间响应，不仅取决于系统本身的结构与参数，而且还同系统的初始状态以及加在系统上的外作用信号有关。为了分析和比较控制系统的优劣，通常对初始状态和外作用信号做一些典型化处理。初始状态：零状态外作用：第2页，本讲稿共55页1.基本实验信号 理想单位脉冲信号用以测试系用以测试系统的抗干扰统的抗干扰能力能力第3页，本讲稿共55页1.基本实验信号 单位阶跃信号跟踪恒值信跟踪恒值信号的能力号的能力第4页，本讲稿共55页1.基本实验信号 单位斜坡信号跟踪随动信跟踪随动信号的能力号的能力 单位匀加速信号单位匀加速信号第5页，本讲稿共55页1.基本实验信号 单位正弦信
2、号第6页，本讲稿共55页2.系统一般响应及其相互关系单位脉冲响应单位阶跃响应单位阶跃响应第7页，本讲稿共55页单位斜坡响应三种响应之间的关系三种响应之间的关系第8页，本讲稿共55页3.控制系统的性能指标(Performance Index)性能指标：是在分析一个控制系统的时候，评价 统性能好坏标准的定量指标。性性能能指指标标暂态性能指标暂态性能指标稳态性能指标稳态性能指标第9页，本讲稿共55页以阶跃输入作用下系统的输出衡量系统的优劣暂暂态态性性能能指指标标上升时间上升时间 tr峰值时间峰值时间t tp p超调量超调量 MpMp调节时间调节时间 t ts s稳稳态态性性能能指指标标稳稳态态误误差
3、差ess第10页，本讲稿共55页瞬态过程的性能指标瞬态过程的性能指标 通常以通常以阶跃响应阶跃响应来衡量系统控制性能的优劣和定义瞬态过程的时域来衡量系统控制性能的优劣和定义瞬态过程的时域性能指标。稳定的随动系统（不计扰动）的单位阶跃响应函数有衰减性能指标。稳定的随动系统（不计扰动）的单位阶跃响应函数有衰减振荡和单调变化两种。振荡和单调变化两种。（一）衰减振荡：具有衰减振荡的瞬态过程如图所示：具有衰减振荡的瞬态过程如图所示：瞬态过程的性能指标（衰减振荡）瞬态过程的性能指标（衰减振荡）第11页，本讲稿共55页0.5td延迟时间延迟时间td0.10.9tr上升时间上升时间tr峰值峰值时间时间tptp
4、超调量超调量%调节时间调节时间ts误差带误差带ts稳态误差稳态误差ess控制系统的典型单位阶跃响应ess=1-h()第12页，本讲稿共55页延迟时间上升时间峰值时间调节时间快速性快速性超 调 量 振荡次数稳态误差稳态误差平稳性平稳性最终最终(稳态稳态)精度精度第13页，本讲稿共55页这种系统只用调节时间 来表示快速性。（二）单调变化单调变化响应曲线如图所示：单调变化响应曲线如图所示：第14页，本讲稿共55页一阶系统分析 1.系统的表达极点极点第15页，本讲稿共55页2.一阶系统的阶跃响应及性能指标输入信号 阶跃响应第16页，本讲稿共55页性能指标过渡过程时间：过渡过程时间：5%5%2%2%第1
5、7页，本讲稿共55页例例 一阶系统如图所示，一阶系统如图所示，K K=1=1，计算调节时，计算调节时 ts 。如如果要实现果要实现ts11秒，确定前置放大器增益秒，确定前置放大器增益K K。解：解：ts1秒秒K=4第18页，本讲稿共55页例：一个单位反馈系统在输入信号 r(t)=1(t)+t 的作用下，输出 c(t)=t,试计算系统的开环传函G(s)解：解：第19页，本讲稿共55页3.一阶系统的脉冲响应R(s)=1对于脉冲扰动信号，具有自动调节能力对于脉冲扰动信号，具有自动调节能力第20页，本讲稿共55页可以有差跟踪斜坡信号，可以有差跟踪斜坡信号，减小减小T T 可减小差值，但是不能消除跟踪误
6、差。可减小差值，但是不能消除跟踪误差。4.一阶系统的斜坡响应第21页，本讲稿共55页二阶系统分析 1.二阶系统的表达开环传函开环传函闭环传函闭环传函第22页，本讲稿共55页闭环特征方程为闭环特征方程的根为闭环特征方程的根为阻尼比无阻尼振荡角频率第23页，本讲稿共55页第24页，本讲稿共55页2.二阶系统的阶跃响应过阻尼运动 1第25页，本讲稿共55页临界阻尼运动 =1第26页，本讲稿共55页欠阻尼运动 01阻尼角有阻尼振荡角频率第27页，本讲稿共55页时间响应时间响应输出第28页，本讲稿共55页无阻尼运动 =0时间响应时间响应第29页，本讲稿共55页讨论随着阻尼比的逐渐减小，系统的阶跃响应的速
7、度逐渐加快，但振荡加剧。第30页，本讲稿共55页3.二阶系统性能指标的计算上升时间 tr第31页，本讲稿共55页3.二阶系统性能指标的计算峰值时间 tp第32页，本讲稿共55页3.二阶系统性能指标的计算超调量 Mp 第33页，本讲稿共55页超调量只与阻尼比有关，且与阻尼比成 比。反反第34页，本讲稿共55页3.二阶系统性能指标的计算调节时间 ts包络线包络线第35页，本讲稿共55页性能指标的讨论 由超调量确定阻尼比，由超调量确定阻尼比，再由其它条件确定无阻泥再由其它条件确定无阻泥振荡角频率。振荡角频率。第36页，本讲稿共55页例：已知 T=0.25,K=16。试求(1)(2)若 要求解解:(1
8、)(2)第37页，本讲稿共55页0t(s)11.30.1h(t)例：已知单位反馈系统的阶跃响应曲线如图所示，试确定系统的开环传递函数。解：第38页，本讲稿共55页4.二阶系统的其它响应单位脉冲响应当 0 1系统具有良好的系统具有良好的复位特性复位特性第39页，本讲稿共55页单位斜坡响应系统以有差方式系统以有差方式跟踪等速率信号跟踪等速率信号第40页，本讲稿共55页5.二阶系统的性能改善目的：改善系统的性能指标目的：改善系统的性能指标手段：加入控制环节手段：加入控制环节前馈控制速度反馈第41页，本讲稿共55页误差信号的比例微分控制（PD控制）开环传函闭环传函第42页，本讲稿共55页误差信号的比例
9、微分控制（PD控制）附加项附加项增大阻尼比，减小超调量，改善了平稳性增大阻尼比，减小超调量，改善了平稳性闭环特征方程第43页，本讲稿共55页误差信号的比例微分控制（PD控制）零点第44页，本讲稿共55页误差信号的比例微分控制（PD控制）增加系统零点，使系统响应加速增加系统零点，使系统响应加速第45页，本讲稿共55页输出量的反馈控制（SF控制）闭环传函闭环传函等效阻尼比等效阻尼比附加项附加项加入速度反馈增大了原系统阻尼比，但加入速度反馈增大了原系统阻尼比，但是无附加零点影响。是无附加零点影响。第46页，本讲稿共55页例 已知受控对象的开环传递函数为(1)单位反馈时，计算单位脉冲响应的输出。(2)
10、试采用速度反馈方法，使得 =0.5，确定速度反馈系数 的值，并计算改善后的动态性能。第47页，本讲稿共55页单位脉冲响应单位脉冲响应解解:(1)闭环传函闭环传函第48页，本讲稿共55页加入速度反馈后的闭环传函第49页，本讲稿共55页例例 已知速度反馈控制系统如图，若已知速度反馈控制系统如图，若Mp=20%20%，tp=1 1秒，试计算增益秒，试计算增益 K 与速度反馈与速度反馈Kf 的的值。如果保持值。如果保持K 值不变，值不变，Kf f 为零时，计算为零时，计算超调量增大值。超调量增大值。给定给定 Mp=20%，tp=1，解：解：第50页，本讲稿共55页 K=12.5，Kf=0 时，第51页
11、，本讲稿共55页高阶系统分析高阶系统分析1.1.定性分析高阶系统的时间响应定性分析高阶系统的时间响应2.2.掌握主导极点的概念及作用掌握主导极点的概念及作用第52页，本讲稿共55页1.高阶系统时间响应的分量结构 系统闭环特征方程为系统闭环特征方程为第53页，本讲稿共55页时间响应时间响应 系统的单位阶跃响应稳态项指数衰减项指数衰减正弦项第54页，本讲稿共55页 2.主导极点高阶系统中，对时间响应起到主导作用的闭环极点称为主导极点，它必须满足：在在s s平面上，距离虚轴比较近，且附近平面上，距离虚轴比较近，且附近没有其它的零点与极点；没有其它的零点与极点；其实部的长度与其它的极点实部长度相差五其实部的长度与其它的极点实部长度相差五倍以上；倍以上；系统的性能主要由该主导极点决定，可将系统近似系统的性能主要由该主导极点决定，可将系统近似为一阶或为一阶或二阶系统二阶系统第55页，本讲稿共55页